石油钻采设备用阀杆断裂失效分析

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1、0／；／：／：＼：／；＼：～测试与分析～石油钻采设备用阀杆断裂失效分析刘国永(1．上海市机械制造工艺研究所有限公司，上海200070；2．上海金属材料改性技术研究中心，上海200070)摘要：石油钻采设备中的1Crl3阀杆在使用过程中出现卡死、断裂现象。对阀杆的断口及螺纹卡死区域进行了宏观、微观及化学成分分析。结果表明，阀杆的化学成分基本符合要求，阀杆断裂与其强度不高及局部严重腐蚀有关。关键词：阀杆；断裂；腐蚀中图分类号：TG115．2文献标识码：A文章编号：1008—1690(2014)05—0077-04AnalysisonFractureofValveSte

2、mofOilDrillingEquipmentLIUGuoyong(1．ShanghaiInstituteofMachineBuildingTechnologyCo．，Ltd，，Shanghai200070，China；2．ShanghaiEngineeringResearchCenterofMetalMaterialsModification，Shanghai200070，China)Abstract：1Crl3steelvalvestemofoildrillingequipmentdeadlockedandfracturedinservice．Thefract

3、ureofvalvestemandthedeadlockzoneofthreadweresubjectedtomacroscopic，microscopicandchemicalcompositionanalysises．Theresultsshowthatthechemicalcompositionofvalvestemcomeuptothestandardonthewhole，andthatthefractureofvalvestemarisesfromitsinsuficientstrengthandbeinglocallyseriouslycorroed．

4、Keywords：valvestem；fracture；corrosion某厂生产的石油钻采系统用阀杆的闸阀装配情多个小块状塑变平滑区，呈棘轮状分布，拟为切应力况如图1所示。阀杆最大外径约31．8mm，总长为下多源启动的切断所致；断面心部区域较粗糙，可见325mm，材质为1Cr13。阀杆螺纹区域经表面氮碳有扭转流变的条纹分布，断口中心沿扭转方向呈向共渗处理，要求厚度0．01～0．025mm，表面硬度≥上凸起状，拟为扭转断裂后期瞬间正应力作用所致。900HV。该阀杆在使用过程中卡死，并在外力扭转断口整体呈过载性扭转断裂特征，近边缘拟为起始下出现断裂。本文通过系统的理

5、化检测分析了阀杆区，心部为终断区。断口附近阀杆表面可见多处黄褐的断裂原因。色锈蚀斑区分布，表明阀杆曾受腐蚀性介质影响。1宏观分析阀杆断裂位置如图1所示。可见断裂发生于阀杆氮碳共渗部位截面突变区域的根部，阀杆近断口区域表面基本呈黑色，并可见局部有黄褐色的锈蚀状斑点。阀杆近端部配有一直径约12．4mill的销轴，为阀杆的安全销，销轴一方面与杆套起到连接作用，另一方面在阀杆卡死、过载时其会优先断裂，而断裂阀杆的销轴并未出现断裂现象。图1闸阀装配情况及阀杆断裂位置阀杆断口宏观形貌如图2所示，断口直径约Fig．1Thegatevalveassemblyandbreakpoi

6、nt24mm，基本呈横向分布。断面近边缘环周内可见ofthevalvestem收稿日期：2014．07．17基金项目：本项目研究得到上海市科学技术委员会的资助，资助课题编号为12DZ2291700。作者简介：刘国永(1985一)，男，河北人，助理工程师，主要从事失效分析及金属材料理化检测工作。联系电话：021-56977377×744，E—mail：lgy040005@163．con《热处理》2014年第29卷第5期·77·图5阀杆表面近断口区域腐蚀形貌(SEI)Fig．5SEIII1(11‘1ihoh’g’IheCOl‘roiled、aI、PsIII图2阀杆断口

7、宏观形貌sI】rfu,·t·aI-tdl1tHrII，thet'rac·ttll·c】卜1ig．2Mat’rI】Ht’‘，l1it‘I1(11’tlhohlgy【1{’thevaIvsletllfra‘‘lilt‘P在陔区域的法向截断上进行金卡}1分析近断【12微观分析起始区域组织为：阿火索氏体+少碳化物，tlLTJt较均匀，未口JJ与断裂_十}I关的火杂物类缺陷分佰，近2．1阀杆断口(近起始区)断叫处织仃流变现象，如6所爪×If仟断1I起始域进行j’_J描IU镜分析。断口阀仟表lfli近断fI区域可见有细小裂纹分i，裂近边缘起fff域较平_-+lll，JIlj部

8、‘挤折叠的