CN113308599A - 一种三棱钻杆及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三棱钻杆及其加工工艺。本发明以R780钢级¢73热轧圆管为原材料,经高温退火冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至台阶接头状,经正火热处理工艺,细化镦粗端的粗大组织;材料再经淬火、回火热处理调质,使管材同时具有高强度和高韧性;校直后粗车外形内孔,精车特殊扣,通过氮化处理,提高其表面硬度和耐磨性;将三棱钻杆表面喷涂纳米Al2O3/ZnO层,并以磷酸二氢铝溶液为粘连剂,与硅氟改性聚醚醚酮复合,形成三维网状大分子,热固成型,粘覆于三棱钻杆表面,得到一种改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆;该三棱钻杆具有强耐磨损、耐腐蚀性能,可用于恶劣的地质环境。
Description
技术领域
本发明涉及钻杆加工技术领域,具体为一种三棱钻杆及其加工工艺。
背景技术
随着全球矿物资源越来越匮乏,各国都将面临资源危机问题,现今深部探矿工程也随科技不断发展,各种探测系统、探测手段不断更新,都拓宽了钻探工程的思路,而钻杆作为深部探矿不可或缺的钻具之一,为了满足地底深部复杂的岩层结构、泥浆酸化等复杂环境,提高钻杆的耐腐蚀性、耐磨损性能十分必要。
针对钻杆的耐腐蚀性、耐磨损性能的提升,钻杆表面覆层技术是比较切实有效的解决方法,常用的表面覆层技术有热化学表面电镀技术、气相沉积技术、高能等离子体表面涂层技术等等,均起到了一定的效果。
本发明通过物理喷涂、化学热固成型手段,在钻杆表面包覆一层树脂材料,极大程度的提高了钻杆的腐蚀性能和耐磨损性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三棱钻杆及其加工工艺,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种三棱钻杆的加工工艺,包括以下步骤:
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至940-960℃,保温30-50min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆;圆管加热至940-960℃可使钢管奥氏体化完全,采用完全退火缓慢降温,可使钢管奥氏体完全转变成贝氏体,降低钢的硬度,消除钢中内应力和不均匀组织,有利于冷拉成型。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至850-870℃正火处理,保温20-23min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆;正火加热温度在AC3以上30-50℃,快速降温,可使晶粒细化,炭化物分布均匀化,提高机械能。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至830-850℃淬火处理,保温30-45min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至560-580℃回火处理,保温40-60min,得到调质三棱钻杆;三棱钻杆淬火加热时形成均匀、细小的奥氏体晶粒,淬火液冷却降温过程得到马氏体晶粒,可提高钢强度,同时钢的韧性降低;经高温回火处理,可细化晶粒、均匀组分,从而可大幅度增加钢的韧性,消除应力,使三棱钻杆既具有高强度又有高韧性的特点。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400-420℃保温1-2h,将炉内的空气排尽;继续升温至510-520℃,保温15-18h,炉内氨气分解率为15-30%,保温最后2-4h阶段氨分解率控制在60-70%,炉冷至180-200℃,取出空冷,得到三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm;三棱钻杆螺纹通过表面氮化,可以得到一层高硬度耐磨耐腐蚀的氮化物Fe2N、Fe3N、Fe4N,保温最后2-4h为退氮阶段,提高氨分解率可抑制Fe2N的生成,降低钢的脆性。
(5)用吸入式喷砂机对三棱钻杆表面喷砂,粗化钻杆表面,增加其与涂层之间的吸附力,将喷砂处理的三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥,脱除表面油脂和杂质;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层在三棱钻杆表面,Al2O3、ZnO质量比为1:(10-20),喷涂厚度为0.10-0.15mm。
(6)将邻氟将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮放入三口烧瓶,以K2CO3为催化剂,环丁砜作为溶剂,220-250℃油浴保温3-5h,分离得含氟聚醚醚酮;再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚放入三口烧瓶,反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,以ZnCl2为催化剂,环丁砜作为溶剂,60-70℃水浴保温2-4h,继续加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,50-60℃水浴保温12-16h后分离制得硅氟改性聚醚醚酮。
(7)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合15-30min,涂覆在三棱钻杆表面,放入模具中,并施加5-10MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至350-380℃,升温速度为1-3℃/min,保温2-4h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
磷酸二氢铝受热时会固化脱水缩合形成大分子空间网状结构,此时涂层受热使活泼的纳米氧化铝与磷酸二氢铝充分接触,将磷酸盐中原有的P-O-P键破坏形成P-O-Al三维网状大分子结构,该结构与硅氟改性聚醚醚酮穿插交联形成改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂紧密附着在三棱钻杆表面,提高了三棱钻杆的耐腐蚀耐耐磨性能;而纳米氧化铝掺杂氧化锌主要是因为氧化锌可与磷酸反应生成磷酸锌,再与铁反应生成致密保护膜磷酸锌铁,该膜可提高纳米层的吸附力和致密度,也可提高三棱钻杆的耐腐蚀性;聚醚醚酮通过改性接枝含有机硅、氟基团,有机硅水解形成硅醇与Al结合成Si-O-Al键,增强涂层与树脂的结合力,而在树脂成膜过程含氟侧链向表面富集,形成惰性膜,提高树脂的耐腐蚀性。
进一步地,所述步骤(7)中磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:(0.5-1)。
进一步地,所述步骤(6)制备硅氟改性聚醚醚酮树脂中含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:(0.2-0.3):(0.5-0.6)。
进一步地,所述步骤(6)制备含氟聚醚醚酮中邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为:1:(2-3)。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
本发明以R780钢级¢73热轧圆管为原材料,经高温退火、冷拉成型、正火、调质过程得到高硬度高韧性三棱钻杆;材料经氮化处理,提高其表面硬度和耐磨性。
在此基础上对材料表面进行二次热处理;材料通过在三棱钻杆表面喷涂纳米Al2O3/ZnO薄层,并以磷酸二氢铝溶液为粘连剂,与硅氟改性聚醚醚酮复合,形成三维网状无机/有机复合材料,紧密附着在三棱钻杆表面,得到一种改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂。本发明喷涂纳米Al2O3/ZnO材料,通过调节两种材料的比例,既发挥了ZnO本身成膜提高耐腐蚀作用,并通过化学反应增强了钢材、纳米Al2O3/ZnO层与树脂之间的结合力。
以聚醚醚酮为有机基在钢材表面成热塑性高分子树脂膜,赋予三棱钻杆具有优异的耐热性、高强度、高模量、高断裂韧性以耐腐蚀耐磨性能,而通过在聚醚醚酮侧链上引入有机硅、氟基团,进一步提升三棱钻杆的耐磨性能和耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至940℃,保温30min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至850℃正火处理,保温20min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至830℃淬火处理,保温30min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至560℃回火处理,保温40min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400℃保温1h,将炉内的空气排尽;继续升温至510℃,保温15h,炉内氨气分解率为15%,保温最后2h阶段氨分解率控制在60%,炉冷至180℃,取出空冷,得到氮化三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)用吸入式喷砂机对氮化三棱钻杆表面喷砂,将喷砂处理的氮化三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层,Al2O3、ZnO质量比为1:10,得到厚度为0.10-0.15mm的纳米Al2O3/ZnO三棱钻杆。
(6)将邻氟将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮放入三口烧瓶,以K2CO3为催化剂,环丁砜作为溶剂,220℃油浴保温3h,分离得含氟聚醚醚酮;再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚放入三口烧瓶,反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,以ZnCl2为催化剂,环丁砜作为溶剂,60℃水浴保温2h,继续加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,50℃水浴保温12h后分离制得硅氟改性聚醚醚酮。
(7)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合15min,涂覆在纳米Al2O3/ZnO三棱钻杆表面,放入工具模具中,并施加5MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至350℃,升温速度为1℃/min,保温2h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
所述三棱钻杆改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆过程中,磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:0.5。
所述硅氟改性聚醚醚酮制备中,含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:0.2:0.5。
所述含氟聚醚醚酮制备中,邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为1:2。
实施例2
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至950℃,保温40min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至860℃正火处理,保温21min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至840℃淬火处理,保温35min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至560℃回火处理,保温50min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400℃保温1h,将炉内的空气排尽;继续升温至515℃,保温16.5h,炉内氨气分解率为23%,保温最后3h阶段氨分解率控制在65%,炉冷至190℃,取出空冷,得到三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)用吸入式喷砂机对三棱钻杆表面喷砂,将喷砂处理的三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层至三棱钻杆表面,Al2O3、ZnO质量比为1:15,喷涂厚度为0.10-0.15mm。
(6)将邻氟将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮放入三口烧瓶,以K2CO3为催化剂,环丁砜作为溶剂,235℃油浴保温4h,分离得含氟聚醚醚酮;再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚放入三口烧瓶,反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,以ZnCl2为催化剂,环丁砜作为溶剂,65℃水浴保温3h,继续加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,55℃水浴保温14h后分离制得硅氟改性聚醚醚酮。
(7)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合15min,涂覆在纳米Al2O3/ZnO三棱钻杆表面,放入模具中,并施加8MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至365℃,升温速度为2℃/min,保温3h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
所述三棱钻杆改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆过程中,磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:0.75。
所述硅氟改性聚醚醚酮制备中,含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:0.25:0.55。
所述含氟聚醚醚酮制备中,邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为1:2.5。
实施例3
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至960℃,保温50min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至870℃正火处理,保温23min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至850℃淬火处理,保温45min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至580℃回火处理,保温60min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至420℃保温2h,将炉内的空气排尽;继续升温至520℃,保温18h,炉内氨气分解率为30%,保温最后4h阶段氨分解率控制在70%,炉冷至200℃,取出空冷,得到氮化三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)用吸入式喷砂机对氮化三棱钻杆表面喷砂,将喷砂处理的氮化三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层至三棱钻杆表面,Al2O3、ZnO质量比为1:20,喷涂厚度为0.10-0.15mm。
(6)将邻氟将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮放入三口烧瓶,以K2CO3为催化剂,环丁砜作为溶剂,250℃油浴保温5h,分离得含氟聚醚醚酮;再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚放入三口烧瓶,反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,以ZnCl2为催化剂,环丁砜作为溶剂,70℃水浴保温4h,继续加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,60℃水浴保温16h后分离制得硅氟改性聚醚醚酮。
(7)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合15min,涂覆在纳米Al2O3/ZnO三棱钻杆表面,放入模具中,并施加10MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至380℃,升温速度为3℃/min,保温4h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
所述三棱钻杆改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆过程中,磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:1。
所述硅氟改性聚醚醚酮制备中,含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:0.3:0.6。
所述含氟聚醚醚酮制备中,邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为1:3。
对比例1
本对比例制备的三棱钻杆与实施例1相比,减少了改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆三棱钻杆过程,其他步骤均与实施例1一致。
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至940℃,保温30min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至850℃正火处理,保温20min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至830℃淬火处理,保温30min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至560℃回火处理,保温40min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400℃保温1h,将炉内的空气排尽;继续升温至510℃,保温15h,炉内氨气分解率为15%,保温最后2h阶段氨分解率控制在60%,炉冷至180℃,取出空冷,得到三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)用吸入式喷砂机对三棱钻杆表面喷砂,将喷砂处理的三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层至三棱钻杆表面,Al2O3、ZnO质量比为1:10,喷涂厚度为0.10-0.15mm。
对比例2
本对比例制备的三棱钻杆与实施例2相比,减少了纳米Al2O3/ZnO喷涂过程,其他步骤均与实施例2一致。
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至950℃,保温40min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至860℃正火处理,保温21min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至840℃淬火处理,保温35min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至560℃回火处理,保温50min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400℃保温1h,将炉内的空气排尽;继续升温至515℃,保温16.5h,炉内氨气分解率为23%,保温最后3h阶段氨分解率控制在65%,炉冷至190℃,取出空冷,得到三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)将邻氟将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮放入三口烧瓶,以K2CO3为催化剂,环丁砜作为溶剂,235℃油浴保温4h,分离得含氟聚醚醚酮;再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚放入三口烧瓶,反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,以ZnCl2为催化剂,环丁砜作为溶剂,65℃水浴保温3h,继续加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,55℃水浴保温14h后分离制得硅氟改性聚醚醚酮。
(6)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合15min,涂覆在三棱钻杆表面,放入模具中,并施加8MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至365℃,升温速度为2℃/min,保温3h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
所述三棱钻杆改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆过程中,磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:0.75。
所述硅氟改性聚醚醚酮制备中,含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:0.25:0.55。
所述含氟聚醚醚酮制备中,邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为1:2.5。
对比例3
本对比例制备的三棱钻杆与实施例3相比,减少了聚醚醚酮改性过程,其他步骤均与实施例3一致。
(1)将36Mn2V材质的R780钢级¢73热轧圆管置于反应炉中,升温至960℃,保温50min后随炉温缓慢冷却;将退火后的圆管冷拉成三角异形钢管,两头镦粗至¢78*12长度120cm的台阶接头状,得到退火三棱钻杆。
(2)将退火三棱钻杆放入反应炉中,加热至870℃正火处理,保温23min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆。
(3)将正火三棱钻杆放入反应炉中,加热至850℃淬火处理,保温45min,淬火液冷却;再将材料清理后放入反应炉中,加热至580℃回火处理,保温60min,得到调质三棱钻杆。
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至420℃保温2h,将炉内的空气排尽;继续升温至520℃,保温18h,炉内氨气分解率为30%,保温最后4h阶段氨分解率控制在70%,炉冷至200℃,取出空冷,得到三棱钻杆,氮化厚度约0.15-0.3mm。
(5)用吸入式喷砂机对氮化三棱钻杆表面喷砂,将喷砂处理的三棱钻杆浸泡在乙醇溶液中,超声20min,60℃干燥箱干燥;采用大气等离子喷涂纳米Al2O3/ZnO涂层至三棱钻杆表面,Al2O3、ZnO质量比为1:20,喷涂厚度为0.10-0.15mm。
(6)将磷酸二氢铝、聚醚醚酮均匀混合15min,涂覆在三棱钻杆表面,放入模具中,并施加10MPa的载荷压实,放入反应炉中,升温至380℃,升温速度为3℃/min,保温4h,冷却脱模,制得树脂厚度为0.3-0.5mm的改性磷酸盐/聚醚醚酮树脂三棱钻杆。
所述三棱钻杆改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂包覆过程中,磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:1。
实验1
对实施例1-3、对比例1-3进行摩擦性能的测试,仪器选用UMT-2摩擦磨损试验机,测试条件为,25℃,50rev/min,5MPa。
将实施例1-3、对比例1-3进行耐腐蚀性测试,分别将样品置于CO2H2S分压下,温度在150-260℃的范围内测试其腐蚀失重,根据样品腐蚀前后质量变化,计算出年腐蚀率,通过NACE标准RP-0775-91对样品的腐蚀程度进行评价。
两组实验测试结果如下:
表1
由表1中实施例1-3数据可知,本发明的三棱钻杆表现出良好的耐腐蚀性和耐磨损性能;对比例1与实施例1相比,减少了改性磷酸盐/聚醚醚酮树脂包覆三棱钻杆过程,实施例1较对比例1的耐磨损性能和耐腐蚀性能都有很大的提升,这是因为三棱钻杆表面粘附的改性磷酸盐/聚醚醚酮树脂具有很强的耐磨损耐腐蚀性能;对比例2与实施例2相比,减少了纳米Al2O3/ZnO喷涂过程,其他步骤均与实施例2一致,而对比例2较实施例2的耐磨损性能和耐腐蚀性能下降较大,这是因为纳米材料部分紧密粘连在三棱钻杆上,部分与磷酸二氢铝发生反应从而达到钢材与有机树脂的粘结,而对比例2未作纳米氧化铝喷涂过程,改性磷酸盐/聚醚醚酮树脂将无法与三棱钻杆结合,因此其耐磨损耐腐蚀性能较差;对比例与实施例3相比,减少聚醚醚酮硅氟改性,其他步骤均与实施例3一致,而对比例3较实施例3的耐磨损性能相差不大,但耐腐蚀性能更差,说明对聚醚醚酮硅氟改性可以提高材料的耐腐蚀性能,对材料的耐磨性能影响不大。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于;包括以下步骤:
(1)热轧圆管置于连续推杆炉中,完全退火,冷拉成三角异形钢管,两头镦粗的台阶接头状,得到退火三棱钻杆;
(2)将退火三棱钻杆放入连续推杆炉中,加热至850-870℃正火处理,保温20-23min,取出放于室内进行空冷,得到正火三棱钻杆;
(3)将正火三棱钻杆放入连续推杆炉中,加热至830-850℃淬火处理,保温30-45min,淬火液冷却;再将材料清理后放入连续推杆炉炉中,加热至560-580℃回火处理,保温40-60min,得到调质三棱钻杆;
(4)校直调质三棱钻杆后粗车外形内孔,精车特殊扣,测量三棱钻杆两端螺纹;将调质三棱钻杆放入氮化炉中,通入氨气,升温至400-420℃保温1-2h,继续升温至510-520℃,保温15-18h,炉冷至180-200℃,取出空冷,得到三棱钻杆。
2.根据权利要求1所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤(1)中退火温度940-960℃,保温30-50min。
3.根据权利要求1所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤(4)中,510-520℃保温阶段氨分解率控制在15-30%,保温最后2-4h阶段氨分解率控制在60-70%,氮化厚度约0.15-0.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:所述三棱钻杆经表面防腐耐磨处理,具体步骤为:
(1)将制得的三棱钻杆表面喷砂、脱脂后,采用大气等离子喷涂Al2O3/ZnO涂层;
(2)将邻氟对苯二酚与4,4’-二氟二苯甲酮反应生成含氟聚醚醚酮,再将含氟聚醚醚酮与氯甲醚反应得到氯甲基化含氟聚醚醚酮,加入γ-氨基丙基三乙基硅烷,制得硅氟改性聚醚醚酮;
(3)将磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮均匀混合,涂覆在三棱钻杆表面,然后经模压-固化成型,将三棱钻杆表面包覆一层改性磷酸盐/硅氟改性聚醚醚酮树脂,固化温度为350-380℃,树脂成型厚度为0.3-0.5mm。
5.根据权利要求4所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤(1)中纳米Al2O3/ZnO喷涂厚度为0.10-0.15mm,纳米氧化锌、纳米氧化铝的质量比为1:(10-20)。
6.根据权利要求4所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤(2)中邻氟对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮的质量分数为1:(2-3)。
7.根据权利要求4所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤(2)中含氟聚醚醚酮、氯甲醚、γ-氨基丙基三乙基硅烷质量比为1:(0.2-0.3):(0.5-0.6)。
8.根据权利要求4所述的一种三棱钻杆的加工工艺,其特征在于:步骤步骤(3)中磷酸二氢铝、硅氟改性聚醚醚酮的质量比为1:(0.5-1)。
9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的加工工艺制得的三棱钻杆。
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