时间：2015-12-20 23:23:11 所属分类：天然气工业 浏览量:
0 引言 抽油杆是油田有杆采油中关键的机械产品之一，每年油田都投入大量资金用于抽油杆的采购和修复，对使用后的抽油杆进行修复，是油田降本增效的有效措施。现阶段，油田抽油杆修复工艺主要分为两类：一类属于分拣类，只对抽油杆进行简单清洗、表面检验和涂
0 引言
抽油杆是油田有杆采油中关键的机械产品之一，每年油田都投入大量资金用于抽油杆的采购和修复，对使用后的抽油杆进行修复，是油田降本增效的有效措施。现阶段，油田抽油杆修复工艺主要分为两类：一类属于分拣类，只对抽油杆进行简单清洗、表面检验和涂漆包装，抽油杆使用性能没有得到提高；一类属于强化类，不仅对抽油杆进行分拣，还要通过表面喷丸强化、高频淬火等措施，期望提高抽油杆的抗疲劳性能，从而提升抽油杆的使用性能，延长抽油杆的使用寿命，降低原油的开采成本。
1 抽油杆的主要失效形式
由于抽油杆的主要失效形式是疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂，因此，抽油杆的修复主要是恢复其抗疲劳性能和抗腐蚀疲劳性能。疲劳失效的过程主要分为裂纹萌生、裂纹扩展和断裂三个阶段。各种研究表明，无论在有无腐蚀介质条件下，裂纹萌生阶段都占整个疲劳寿命的主要部分，而疲劳扩展期的寿命只占总寿命的一小部分。因此，若防止疲劳断裂，主要是防止疲劳裂纹的萌生。疲劳裂纹常常萌生在构件的表面，因为受弯曲应力或扭转应力及其组合应力时，表面应力最大。即使受拉伸载荷作用，截面上处处承受均匀拉伸，但表面晶粒不受约束，易于塑性变形，这就为裂纹萌生提供了优于内部晶粒的条件。
2 修复热处理工艺及其应用
抽油杆的修复首先是要改善抽油杆表面质量，常规抽油杆经过高频淬火加喷丸处理后，改变了零件表层的残余应力状态，将疲劳裂纹由表面驱赶到次表面上萌生，这样不仅减少了疲劳裂纹，也降低了周围介质对抽油杆的腐蚀，同时采用喷丸+表面高频淬火的方法修复修复的抽油杆，其淬硬层的抗拉强度增高，淬硬层比心部具有更高的抗疲劳强度，而心部因其硬度低而具有良好的韧性，这种里韧外硬的抽油杆其疲劳寿命无疑会大为改善。
表面高频淬火的原理是利用高频电流感应对抽油杆加热，淬火，增加抽油杆表面的硬度，提高杆体机械性能，表面淬火后还应回火消除淬火应力，一般情况下采用自回火工艺。
我们挑选了5种不同厂家生产的抽油杆采用同一技术进行表面淬火+自回火处理，然后进行对比研究分析，以期找出在热处理过程中存在的问题并进行分析。实验数据见表1。
从表1数据可以看出：1#含碳量低表面淬火效果不良；2#基体组织含碳量低，调质后硬度较低，表面淬火后硬度提高；3#含碳量低，表面淬火效果不佳；4#中碳钢，表面淬火效果好；5#含碳量到一定程度，基体调质后具有一定的硬度，表面淬火后硬度较高，但是加热温度略显不足，表面硬度不能达到要求。对此，我们进行了以下的比较研究：
（1）根据基体金相组织分析，2#、3#、5#原杆进行了调质处理，而1#、4#原杆进行了正火或正火+回火处理，这两种热处理方式均有利于随后的表面感应淬火处理，5种抽油杆经同一工艺处理后，表层组织均发生了转变，其中，3#为回火索氏体，其余均为铁素体+屈氏体，同时，4#样品经热处理后表面硬度得到了明显提升。4#样品表层组织为屈氏体+小量铁素体，屈氏体组织很致密，具有较高的强度和硬度，并有比马氏体好的韧性和塑性，硬度约为HRC35-45，根据碳铁平衡相图，材料含碳量越高，钢组织中的渗碳体相越多，因此，随着含碳量增高，钢的强度、硬度增加，根据《旧抽油杆及其接箍修复与检测技术条件》规定，经表面淬火处理的抽油杆，表面硬度应〉35HRC，有上述实验数据，可见，仅4#符合要求，通过以上分析，我们可以得出中碳钢适于进行表面淬火处理，并能取得较好的效果，能有效提高杆体表面质量。（2）由于淬火后，材料存在较高的内应力，所以，现在抽油杆经淬火后应该进行自回火处理以细化组织，消除应力。现在修复抽油杆厂家多采用空冷自回火工艺。回火温度的不同会影响钢材的组织，高温回火，易形成回火索氏体，该组织具有良好的韧性，但硬度较低，低温回火，易形成马氏体，该组织硬度高，但韧性差，中温回火，易形成回火屈氏体，该组织既有良好的韧性，也具有较高的硬度。自回火就是当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。空冷自回火不仅简化了工艺，而且节省了设备投资，但自回火的工艺不易掌握。
由于回火处理具有时间越短、温度越低，回火后硬度越高的特点，所以，采用空冷自回火工艺时，应根据不同的环境温度和淬火温度进行合理调整，以期取得抽油杆修复的最佳效果。如3#样品，热处理后表层组织为回火索氏体，即表明该样品在回火过程中，温度过高，从而形成了该组织。
3 结论
（1）采用表面淬火工艺进行抽油杆修复时，应对抽油杆进行材料分选，中碳钢抽油杆适宜采用此工艺进行修复；
（2）空冷自回火是一种简便有效的热处理方式，但应根据具体情况加以调整，以保证回火的组织稳定、正常。
（3）由于淬火会使材料本身产生极高的内应力，从而形成淬火裂纹，所以，淬火+回火是抽油杆修复过程中紧密相连的两个过程，同时，抽油杆修复后应进行二次探伤，防止已产生淬火裂纹的抽油杆出厂，给日后的使用带来隐患。
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