Диссертация (1137132), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Триботехнические испытания показали значительное повышениеизносостойкости образцов с минеральным покрытием (в 4-5 раз, 500600%) по сравнению с износостойкостью исходных образцов. Напротяжениииспытанийобразцысминеральнымпокрытиемприрабатывались, понижая шероховатость до Ra 0,1.2. В результате испытаний на стенде образцы сталей с минеральнымпокрытием показали отсутствие признаков схватывания.3. Образец из стали 20Х13 с минеральным покрытием выдержалиспытание на пластичность(2-х угловой изгиб) с прогибом 0,5мм. Трещины и расслоения не обнаружены. Соответствует ГОСТ Р9.317-2010, п.5.2.774.
Испытания на коррозионную стойкость проводились в камере сповышеннойвлажностьюсавтоматическимподдержаниемустановленного режима температуры (40±3)0С и относительнойвлажностиокружающеговоздуха(97±3)%.Прииспытанияхконтролировался внешний вид минерального покрытия до началаиспытаний, после испытаний продолжительностью 130 часов и послеиспытаний продолжительностью 650 часов. Перед проведениемиспытаний на воздействие повышенной влажности воздуха проведенапроверка внешнего вида образцов наружным осмотром.
После 130часов проведена проверка внешнего вида наружным осмотром. На всехобразцахсталейкоррозиинеобнаружено.Испытаниебылопродолжено до 650 часов, после испытания проведена проверкавнешнего вида наружным осмотром. На всех образцах сталей следыкоррозии, вздутия, трещин и расслоений не обнаружены.5. По результатам испытаний сделан вывод о возможности использованияминеральных покрытий на различных деталях запорной арматуры.Выводы1.
Создание минеральных слоев на поверхности образцов в виде колец изстали 12Х13 обеспечило степень износа почти на два порядка ниже, чем уобразцов из серого литейного чугуна и необработанных образцов из стали12Х13 и 20Х13 в экспериментах по скольжению поршневого кольца в гильзецилиндра со смазкой машинным маслом.2.Прииспытаниинаистирание скольжением-качением деталейсминеральными слоями в условиях высокого контактного давления, вероятносуществование режима граничной смазки. Поэтому поверхностный износ,скорее всего, обусловлен физико-химическим взаимодействием в местахфактического контакта поверхностей.783. Образцысталей с минеральным покрытием продемонстрировализначительное повышение износостойкости (в 4-5 раз по сравнению собразцами без минерального покрытия), отсутствие признаков схватывания,выдержали испытание на пластичность (соответствуют ГОСТ Р 9.317-2010) икоррозионную стойкость в течение 650 часов в камере повышеннойвлажности.Минеральныетехнологическийпокрытияинструментпредставляютдляповышениясобойперспективныйизносостойкостиикоррозионной стойкости различных деталей, узлов и механизмов, дляиспользования в различных отраслях промышленности, в том числеарматуростроении и нефтегазовой отрасли.79Глава 5.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЗЬБОВЫХСОЕДИНЕНИЙ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ПОСЛЕСОЗДАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ5.1.ИСПЫТАНИЕКОМПЛЕКТАНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙСТАЛИНИППЕЛЬ-МУФТАMAGNADURИЗ501СМИНЕРАЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМБурильнаятрубаизнемагнитнойнизкоуглеродистойхромомарганцевой стали (с содержанием 13-16% Cr и 18,5-22% Mn)Magnadur 501, производится на сталелитейных заводах Германии ипредназначена для создания осевой нагрузки на долото, повышениежесткости и устойчивости нижней части бурильной колонны при бурениинаклонно-направленных и горизонтальных скважин, а также для исключениявлияния ферромагнетизма при использовании телеметрических системвнутри трубы [55, 59].В стандартной стали Magnadur 501 содержание Cr - 13.0-16.0%, Mn 18.5-22.0%, Ni - 0.25-0.5%, Si - 0.3-0.6%, Mo - 0.35-0.60%, N – 0.32-0.40,C<0.04, S<0.006, P<0.03, остальное Fe.Сопротивление нержавеющей стали коррозии напрямую зависит отсодержания хрома: при его содержании 13% и выше сплавы являютсянержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более17% — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных идругих средах [60].Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется,главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали,контактирующейсагрессивнойсредой,образуетсятонкаяплёнканерастворимых окислов.
Однако образование защитной пленки окислов наповерхности создает проблемы при создании надежных износостойкихпокрытий традиционными способами [55-57].80К тому же, стоимость трубы из немагнитной стали Magnadur 501довольна высокая, а, по данным статистики, количество поломок, например,насосно-компрессорных труб (НКТ) в ряде случаев достигает 80 процентовот общего числа аварий оборудования для бурения скважин.
Причем, вбольшинстве случаев (порядка 50 процентов) проявляются отказы НКТ,связанные с резьбовым соединением [58-59]. Все это свидетельствует обактуальности проблемы повышения износостойкости и долговечности труб, вчастности, нефтяного и газового сортамента.При проведении испытаний износостойкие минеральные покрытиябыли созданы на комплектах образцов ниппель-муфта соединения труб изстали Magnadur 501. Испытание было выполнено по заказу ООО«Ковровский завод бурового оборудования». В экспериментах использовалиобразцы с минеральным покрытием и без покрытия.Цель настоящей работы – определение ресурса работы комплектаниппель-муфта соединения труб из стали Magnadur 501 с минеральнымпокрытием в сравнении с комплектом без минерального покрытия.Перед испытанием на все резьбовые соединения была нанесена резьбоуплотнительная смазка РУСМА Р-14 ТУ 0254-068-46977243-2009, затемобразцы свинтили вручную с использованием воротка длиной 0,4 м.81Рисунок 21.
Схема проведения испытаний комплекта ниппель-муфта.Процедура испытаний состояла из следующих действий. Деталитранспортировали к муфтонавёрточному станку МС-4 и установили в станок.Отметили положение маховика относительно неподвижной станины (точка0) и стали свинчивать до упора и развинчивать до точки 0.Условия свинчивания:- скорость свинчивания - 6 об/мин.;- количество свинчиваний – 400 циклов;- момент свинчивания - не более номинального момента крепления замковойрезьбы по ТУ 1324-001-86528288-2010.Например, для трубы D=168мм, d=83 мм, 3-133 номинальный моменткрепления равен 31.8кНм.На станке МС-4 установили следующие моменты свинчивания:- первое свинчивание 10 кНм (1000кгс);- второе свинчивание 21 кНм (2000кгс);- остальные свинчивания 28 кНм (2800кгс).82Рисунок 22.
Схема установки образцов в станокРезультаты испытаний1. Первый комплект: Образец (Н, ниппель) без покрытия - Образец (М,муфта) без покрытия выдержал 30 свинчиваний и развинчиваний, затемзаклинил. После разворачивания видны следы залипания резьбы(разрушение резьбы по четвертой нитке, см. рисунки 23 и 24).Рисунок 23. Фотография пары ниппель-муфта первого комплекта послеиспытаний83Рисунок 24. Детальные фотографии ниппеля и муфты первогокомплекта после испытаний2. Второй комплект: Образец (Н) с минеральным покрытием – Образец(М) с минеральным покрытием выдержал планируемое число цикловиспытаний 400 свинчиваний и развинчиваний.
После развинчивания,повреждены были только упорные торцы образцов (см. рисунок 25).84Рисунок 25. Фотография пары ниппель-муфта второго комплекта послеиспытаний.По результатам испытаний сделаны следующие выводы1. Износостойкие,антифрикционныеминеральныепокрытиябылиуспешно созданы на сложной поверхности резьбового соединения З133 трубы ниппеля и муфты из стали Magnadur 501, которые прошлистендовые испытания.2. Комплект образцов трубы ниппель-муфта из стали Magnadur 501 сизносостойкимминеральнымпокрытиемуспешновыдержалпланируемое число циклов свинчивания-развинчивания (400 циклов),что более чем на порядок больше, чем комплект образцов из этой сталибез минерального покрытия (30 циклов). Учитывая состояние резьбы сминеральнымпокрытиемпослеиспытания400циклов,прогнозируемое число циклов свинчивания-развиничвания этой пары –не менее 1000 циклов [55].
При планировании большого количестваоперацийсвинчивания-развинчивания(более100циклов)рекомендуется создание износостойких минеральных покрытий и наторцевых поверхностях этих деталей.853. Минеральныепокрытиятехнологическийразличныхпредставляютинструментдеталей,узловдляисобойповышениямеханизмов,вперспективныйизносостойкоститомчислеизхромсодержащих коррозионно-стойких сталей для использования вразличных отраслях промышленности, в том числе арматуростроении инефтегазовой отрасли [55].5.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЗЬБОВОГОСОЕДИНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБПРИ НАНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯВнастоящихэкспериментахизносостойкийминеральныйслойсоздавался на поверхности резьбового соединения насосно-компрессорныхтрубы и муфты к ней (труба и муфта гладкая из углеродистой стали группыпрочности К,типа стали 45, диаметр 89 мм, толщина стенки 6,5 мм, ГОСТ633-80, ГОСТ Р 52203-2004) исследовали резьбовое соединение в исходномсостоянии и с нанесением минерального покрытия.Методопределенияресурсарезьбовогосоединениянасосно-компрессорных труб заключался в проведении многократных испытаний насвинчивание-развинчиваниерегистрациейкрутящегозамкамоментанасосно-компрессорнойнакаждомэтапетрубысиспытанийиопределением натяга с помощью резьбовых калибров.В рамках настоящего исследования были выполнены следующие видыизмерений [61]:1.
Замер геометрических параметров профиля резьбовой части НКТдо и после проведения цикла испытаний;2. Определение величины натяга в зависимости от количествациклов испытаний;863. Замер крутящего момента свинчивания-развинчивания.Испытания проводили на специализированном стенде с регистрациейкрутящих моментов на этапах свинчивания и развинчивания электроннымдинамометром ДОУ-3-10И [61]. Смазочная среда – пластичный смазочныйматериал УСсА в количестве 30 г на 1 цикл испытаний. Скоростьсвинчивания – 16 об/мин.Результаты и их обсуждениеЗамер величины натягаРезультаты замера величины натяга, полученного на трубах и муфтах,представлены на рисунке 26.А)Б)87Рисунок 26.
Величина натяга на резьбовых частях НКТ в зависимости отчисла циклов свинчивания-развинчивания: А) муфта, Б) труба.Анализ полученных данных показывает, что предельно допустимый натягмуфты и трубы в исходном состоянии без упрочняющего покрытиядостигаетсячерез24цикласвинчивания-развинчивания.Приэтоммаксимальный износ наблюдается на обоих резьбовых частях при первых 4-хциклах для трубы и при 6-ти циклах для муфты. Далее скорость изнашиваниярезьбы уменьшается и составляет 39 мкм/цикл для муфты и 11 мкм/цикл длятрубы [61].У муфт с упрочняющим минеральным покрытием максимальнаяскорость изнашивания наблюдается на первых 12 циклах и составляет 37,5мкм/цикл, что более чем на порядок меньше, чем у муфт без покрытия (383,3мкм/цикл на 6 циклах). Далее скорость изнашивания резьбы муфт резкоснижается до 4-5 мкм/цикл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
