CN101487110B - 抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法 - Google Patents
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Abstract
一种抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：管接箍作为容纳渗硼剂的容器，杆接箍作为冷却时减少热容量，提高冷却速度的芯棒，将杆接箍放置在管接箍内渗硼剂的中心，高温加热。本发明巧妙的构思使管接箍能达到较高的拉伸性能，防腐耐磨效果明显优于普通热处理方法制造的杆接箍和管接箍，并且在制备渗硼管接箍的同时可以制备出相同数量的渗硼杆接箍，不仅生产效率显著提高，而且使用渗硼剂数量明显减少，成本大幅降低。该方法获得的管接箍的内表面和杆接箍的内外表面硬度为HV 1100~1600，渗硼层厚度为50-90μm，管接箍屈服强度大于552MPa，抗拉强度大于689MPa，延伸率大于16％。
Description
技术领域
本发明涉及一种防腐蚀、耐磨损抽油管接箍和抽油杆接箍的一体化渗硼方法。
背景技术
渗硼处理能显著提高钢件表面硬度和耐磨性，而且摩擦系数小。渗硼层的硬度能达到HV1100-2000，具有优异的耐磨粒磨损能力。渗硼层还具有良好的耐热性和耐蚀性。渗硼处理是目前提高钢件耐磨粒磨损性能的最好工艺之一。渗硼方法包括固体粉末渗硼、膏剂渗硼、气体渗硼和盐浴渗硼，其中固体粉末渗硼法是目前应用最多的一种渗硼方法，其工艺过程是：将供硼剂、活化剂、填充剂三者混合均匀，然后与工件装入渗箱密封后在高温下保温一定时间即可。
抽油管接箍和抽油杆接箍是采油机械中用来连接抽油管和抽油杆的重要结构件，在服役过程中不仅受到井液的腐蚀，抽油杆接箍和抽油管还经常发生偏磨，经常导致抽油杆的断脱，而杆接箍对抽油管的磨损严重时会导致油管穿孔，这些失效形式都会造成油井的停产，因此，耐蚀性和耐磨性是决定其使用寿命的重要指标。渗硼层具有极高的硬度，优良的耐硫酸、盐酸、磷酸等溶液的腐蚀，制备渗硼抽油管接箍和抽油杆接箍是解决以上问题很好的途径。然而，目前国内尚没有管接箍和杆接箍采用固体粉末渗硼技术来提高表面耐蚀性和耐磨性的应用。普通管接箍多采用N80钢制造，力学性能多采用正火来获得；普通抽油杆接箍多采用45钢制造，调质处理后硬度为HB220-250，在防腐蚀和耐磨损方面存在很大局限性。为了提高抽油杆接箍的耐蚀性和耐磨性，目前也有采用表面等热喷涂技术进行表面改性处理，例如Ni60粉末或Ni60+FeS粉末热喷涂重熔强化表面的杆接箍，表面硬度可达HRC52-58，在一定程度上提高了杆接箍的耐蚀性和耐磨性。然而从表面强化效果和降低生产成本上看，渗硼处理管接箍和杆接箍具有更加明显的优势。
发明内容
本发明目的是提供一种防腐蚀、耐磨损抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，以提高抽油管接箍和抽油杆接箍的耐蚀性和耐磨性，降低生产成本，提高生产效率。
为实现上述目的，本发明提供一种抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：管接箍作为容纳渗硼剂的容器，杆接箍作为冷却时减少热容量，提高冷却速度的芯棒，将杆接箍放置在管接箍内渗硼剂的中心，高温加热。
加热温度为850-920℃，加热时间为3-8小时。
杆接箍外壁与管接箍内壁间距为10-25mm，杆接箍与两端石墨密封片间距为10-25mm。
本发明管接箍作为杆接箍渗硼时的密闭容器，杆接箍作为管接箍渗硼后风扇冷却时的快冷芯棒，使管接箍能达到较高的拉伸性能，防腐腐耐磨效果明显优于普通热处理方法制造的杆接箍和管接箍，并且在制备渗硼管接箍的同时可以制备出相同数量的渗硼杆接箍，不仅生产效率显著提高，而且使用渗硼剂数量明显减少，成本大幅降低。该方法获得的管接箍的内表面和杆接箍的内外表面硬度为HV 1100~1600，渗硼层厚度为50-90μm，管接箍屈服强度大于552MPa，抗拉强度大于689MPa，延伸率大于16％。
附图说明
图1为管接箍与杆接箍一体化渗硼结构示意图；
图2为渗硼层的组织；
图3为渗硼后表面的硬度剖面变化。
具体实施方式
本发明渗硼剂组成为：5％B4C，5％KBF4，SiC余量，方法步骤如下：
1)管接箍和杆接箍的表面清理
将管接箍和杆接箍依次经过碱洗-水洗-酸洗-中和-水洗步骤除去表面的油脂和锈蚀；
2)装料
参照图1，不锈钢石墨缠绕垫1、石墨密封垫2、杆接箍3、渗硼剂4、管接箍5、螺栓6、钢质密封压盖7
具体步骤如下：
将清洗后的管接箍直立放置，首先在上端面放置相同直径的石墨密封垫，然后再放置不锈钢石墨缠绕垫，最后将钢质密封压盖盖上、压紧，并在钢质密封压盖侧面用螺栓固定；
将一端封闭的管接箍倒置，首先向管接箍中加入10-25mm厚度的渗硼剂，然后将杆接箍放置在中心位置，最后加入渗硼剂直到将杆接箍和管接箍内部全部充满，振实后保持渗硼剂与管接箍端面齐平；
在上端面放置石墨密封垫，然后上面放置不锈钢石墨缠绕垫，最后将钢质密封压盖盖上、压紧，并在压盖侧面用螺栓固定；
3)渗硼处理
将装料的管接箍放到热处理料筐中，待炉温升高到850-920℃入炉，保温3-8小时；
出炉后管接箍放置在一平台上，用风扇从两侧面吹风冷却，0.5-2小时后停止吹风，在空气中自然冷却。
4)清理
将渗硼杆接箍和管接箍在60-90℃热水中浸泡，残余渗硼剂可容易刷掉，清洗干净后吹干，防止表面生锈。
管接箍和杆接箍分别为36Mn2V钢和45钢，φ88.9管接箍与3/4杆接箍配合渗硼，渗硼剂为500克，在860℃渗硼5.5小时后风冷处理，表面渗硼层由FeB+Fe2B组成，厚度为64-80μm，如附图2所示。硬度为HV1220-1340，硬度剖面变化如附图3所示。管接箍拉伸试样的屈服强度为642.81MPa，抗拉强度为725.50MPa，延伸率为26.3％。在实验室条件下，在5％(体积百分比)的硫酸、5％(体积百分比)的盐酸中进行60小时浸蚀试验，结果表明：渗硼试样在硫酸和盐酸中的耐蚀性分别是未处理试样的150倍和53倍。在MG2000销-盘式磨损试验机上进行磨损试验，试样为φ5.3mm的销，所用载荷为50N，滑动速度为0.785m/s，对摩盘硬度为HRC64的GCr15钢，渗硼试样的耐磨性分别是未处理试样的20倍。
Claims (4)
1.一种抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：管接箍作为容纳渗硼剂的容器，杆接箍作为冷却时减少热容量，提高冷却速度的芯棒，将杆接箍放置在管接箍内渗硼剂的中心，高温加热、冷却，渗硼剂是5％B4C，5％KBF4，SiC余量。
2.根据权利要求1所述的抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：加热温度为850-920℃，加热时间为3-8小时。
3.根据权利要求1所述的抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：杆接箍外壁与管接箍内壁间距为10-25mm，管接箍两端石墨密封片与邻近杆接箍一端的间距为10-25mm。
4.根据权利要求1所述的抽油管接箍和抽油杆接箍一体化渗硼方法，其特征在于：采用风扇冷却到室温。
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