鉆鋌表面異常原因分析

康 元，王燕芳

（航天精工股份有限公司，天津 300300）

鉆鋌是鉆柱的最重要組成部分之一, 具有向鉆頭提供壓力及提高鉆柱剛性的作用[1]。石油鉆鋌在使用過程中承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、內(nèi)壓和振動等載荷作用。某型號材料為P550鉆鋌井上泥漿環(huán)境中工作時長152小時，內(nèi)壁及端面出現(xiàn)缺口。通過對失效鉆鋌進行化學成分分析、金相組織分析、宏觀和微觀分析、力學性能測試，確定了鉆鋌的失效性質(zhì), 并提出了預防措施。

1 試驗過程及結(jié)果

1.1 宏觀觀察

對故障件進行外觀檢查，鉆鋌端部為螺紋連接，螺紋牙及鉆鋌外壁未發(fā)現(xiàn)缺陷，缺陷集中于鉆鋌一端的端部及內(nèi)壁，另一端端部無缺陷，大多缺陷呈現(xiàn)點狀分布，內(nèi)壁有個別沿著鉆鋌縱向分布的缺陷。

圖1 故障件局部缺陷形貌

1.2 化學成分

從鉆鋌端部取樣采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜、紅外碳硫分析儀進行化學成分檢測，結(jié)果見表1。符合P550不銹鋼化學成分要求。

表1 化學成分分析結(jié)果（%）

1.3 硬度檢測

對故障件鉆鋌取樣進行布氏硬度檢測，結(jié)果見表2，符合P550材質(zhì)硬度要求。

表2 布氏硬度測試結(jié)果

1.4 微觀形貌檢查

切取樣品表面異常區(qū)域，超聲波清洗放入掃描電鏡下對其表面形貌進行觀察。鉆鋌端部缺陷棱角分明，無腐蝕現(xiàn)象，形貌如圖2。

圖2 端部缺陷形貌

對內(nèi)壁一處較嚴重缺陷進行微觀形貌觀察及能譜檢測，靠近端面缺陷起始較深區(qū)域可見腐蝕坑，能譜檢測缺陷中含有氧化成分[2]，形貌及能譜見圖3。缺陷中部區(qū)域可見腐蝕坑，腐蝕坑內(nèi)有氧化硅，為缺陷中沙粒殘留，形貌及能譜見圖4。缺陷末端較平緩，可見磨損痕跡，能譜檢測未見腐蝕產(chǎn)物，形貌及能譜見圖5。

圖3 內(nèi)壁缺陷起始區(qū)域形貌及能譜

圖4 內(nèi)壁缺陷中段區(qū)域形貌及能譜

圖5 內(nèi)壁缺陷末端區(qū)域形貌及能譜

1.5 微觀組織檢查

將故障件切下的部分的進行微觀組織檢查。未見嚴重的非金屬夾雜，微觀組織均勻，晶粒度評定為7級。

圖6 非金屬夾雜及顯微組織

2 綜合分析

該鉆鋌材料成分符合要求，組織正常，硬度符合產(chǎn)品設計要求。微觀形貌及能譜檢測結(jié)果表明產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生來源于端部，缺陷周圍無明顯塑性變形，可見磨損痕跡。缺陷較深處可見腐蝕形貌及產(chǎn)物，由于其表面缺陷深，鉆鋌使用過程中泥漿在缺陷內(nèi)部堆積產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

3 結(jié)論及建議

（1）該鉆鋌表面缺陷為外力撞擊所致。

（2）鉆鋌要求硬度301BHN～425BHN，實測342BHN，在要求范圍的中下限，如果需要在目前此類環(huán)境中使用，建議可選用在中上限硬度的鉆鋌，提高其抗撞擊性能。