CN1027986C - 一种经表面氮化处理的螺杆钻具转子 - Google Patents
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Abstract
一种石油钻井用的经表面氮化处理的螺杆钻具转子，选用38CrMoAl材料制成的转子成品，经氮化炉处理，转子表面吸收氮原子，形成0.4-0.6毫米的氮化层，硬度达到HV1000-1200。具有较强的抗腐蚀性、韧性，有效的抵抗钻进液的浸蚀，表面不生锈无蚀点。使用寿命长，比镀硬铬转子的寿命提高2-3倍。
Description
本发明属于石油地质钻井设备。
目前，国内外螺杆钻具转子，在生产加工工艺上多采用表面镀硬铬技术。美国纳维和迪纳两种螺杆钻具转子，其表面是镀硬铬。国内生产厂家也皆为转子表面镀硬铬。日本JP-49-47406A《有耐磨性金刚石钻头及其制造方法》只是在金刚石钻头上进行了表面氮化处理。
现有的转子表面镀硬铬处理，其表面镀层厚度在0.1-0.25毫米之间，硬度是HRC58-62。其缺点为，在使用过程中磨损较快，在钻井液的作用下腐蚀严重。并有镀层局部脱落现象，严重损伤与其啮合的橡胶定子，影响螺杆钻具的马达使用寿命。造成工作效率低、要经常调换转子。
本发明的目的是提供一种经表面氮化处理的高硬度、耐磨损、抗腐蚀的螺杆钻具转子。
本发明的技术解决方案是这样实现的，用38CrMoAL材料制成的转子成品，放入氮化炉内，以氨水为介质，升温随着炉温升高，氨水气化，当炉温升至450-600度时，经72-80小时，氨分解率趋向全部分解。
利用氮与铝较容易结合，铝渗透性好，铬铝易与氮结合，达到氮化钻具转子表面目的，使钻具表面氮化层厚度达到0.4-0.6毫米。硬度大于1000，脆性达到1-2级。
氮化处理钻具转子的过程是，使用无水氨作为供氮介质，氨的分解率随温度的升高而增大。温度在450-600度范围内，氨趋向全部分解，其分解反应如下：2NH3＝2[N]+3H2
转子表面吸收氮原子，活性氮原子渗入铁素体中，形成含氮量较高的铁素体，过饱合后形成氮化物。转子表面吸收氮原子时，在表面和里层存在氮浓度梯度，促使原子从表面向里扩散，形成厚度为0.4-0.6毫米的氮化层。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、硬度高、耐磨性强。由于采用38CrMoAl氮化钢制造，氮化后转子的表层硬度提高HV1000-1200，相当于HRC65-75。
2、硬层较厚，可达0.4-0.6毫米，不存在表面脱落现象。
3、有较强的抗腐蚀性，氮化后的转子表面形成了一层致密的化学稳定性较高的氮化物层，有效的抵抗来自钻井液的酸碱性浸蚀，表面不生锈无蚀点。
4、转子使用寿命长，比镀硬铬的转子寿命提高2-3倍。
以下将结合附图说明本发明
图1是本发明的转子轴向剖面图。1-转子、2-氮化层。
转子1是用38CrMoAl材料制成的，放入氮化炉内，以氨水为介质，升温，当炉温升到450-600度时，氨水气化，经72-80小时，氨分解，转子表面吸收氮原子并从表面向里扩散，形成0.4-0.6毫米氮化层2。
实施例，将长度为3-3.5米长或更长，直径为60-180毫米的转子成品，放入氮化炉内，加氨水升温，随着炉温升高氨水气化，当炉温升到500-520度时经20小时氨分解率达18-25%，50小时后氨分解率达30-40%，氨分解率随温度的升高而增大。温度在520-600度时，氨趋向全部分解。随着温度的升高，钻具表面吸收氮原子，活性氮原子渗入铁素体中，形成含氮量较高的铁素体，过饱合后形成氮化层。转子表面吸收氮原子后，其表面和里层存在着氮浓度梯度，促使氮原子从转子表面向里扩散，形成大于0.4-0.6毫米氮化层。保温50-80小时，关炉，炉温冷却至180-200度时空冷出炉。转子表面硬度达到HV大于1000，脆性达1-2级。
Claims (2)
1、一种石油钻进用的螺杆钻具转子，其特征在于，转子表面进行氮化处理，工艺流程是：用38CrMoAl材料制成的转子，放入氮化炉内，以氨水为介质，升温，随炉温升高，氨水气化，经70-80小时，炉温升至450-600度时，氨分解成氮原子，转子表面吸收氮原子并从表面向里扩散，形成氮化层。
2、按权利要求1所述的螺杆钻具转子，其特征在于，转子表面氮化层厚度为0.4-0.6毫米。
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