Бұрғылау жабдықтарына арналған машина жасау болаттары

 

Механикалық қасиеттері мен технологиялық сипаттамаларын анықтайтын, химиялық құрамына тәуелді құрылымдық машина жасау болаттары бірнеше топтарға бөлінеді:

- орташа көміртектенген қоспаланбаған;

- орташа көміртектенген төмен қоспаланған құрамындағы қоспаланатын элементтер мөлшері 2,5%-ға дейін;

- орташа көміртектенген орташа қоспаланған құрамындағы қоспаланатын элементтер мөлшері 6,5%-ға дейін;

- төмен көміртектенген төмен қоспаланған;

- төмен көміртектенген орташа қоспаланған болаттар.

Қажетті қасиеттер кешенін алу үшін құрылымдық машина жасау болаттары өңдеудің әрқилы түрлеріне ұшырайды. Өңдеудің әрбір түрінің орташа көміртектенген төмен қоспаланған болаттарға әсерлері 1.3-кестеде, ал сондай мәліметтер төмен және орташы көміртектенген төмен және орташа қоспаланған болаттар үшін 1.4-кестеде келтірілген.

Орташа көміртектенген қоспаланбаған болаттар. Орташа көмітектендірілген болаттардың құрамында 0,3-тен 0,5%-ға дейін көміртек болады. Бұл топтың кейбір болатары құқрамында марганецтің артырылған шамасы болуы мүмкін. Кейбір орташа көміртектенген болаттардың қасиеттері 3П-қосымшадағы кестеде көрсетілген.

Бұл болаттарды термиялық өңдемей қолдану тиімді емес, өйткені термиялық өңделмеген болаттың беріктігінің төмен көміртектенген және төмен қоспаланған болаттардікінен айырмашылығы жоқ, тіпті құрамында көміртегінің жоғарылығынан соққылық тұтқырлығы төмендеу.

Бұл болаттар үшін термоөңдеу ретінде, жоғарылатылған беріктік пен тұтқырлықты қатар беретін, жоғары жасытулы шынықтыру ұсынылады. Орташа көміртектенген болаттарды қолдану ерекшеліктері:

- болаттарды шынықтыру кезінде жоғары жылдамдықты суыту (суда суыту) талап етіледі, бұндай суытуды күрделі пішінді бұйымдарды қолдануды үгітілу мен шынықтырулық шытынаудың пайда болу мүмкіндігі шектейді;

- болаттардың күйдірілгіштігі үлкен емес -10-12 мм, яғни көлденең қимасы үлкен бұйымның ортасы шынықтырылмай қалады.

Беріктік қасиеттерін және күйдірілу тереңдігін жақсарту үшін орташа көміртектенген болаттарға марганец қосады, ол күйдірілгіштікті 15-18 мм дейін өсіреді және ірі емес бұйымдарды майда, ал ірілерін – суда суытады.

Бұл болаттарды аз күшсалмақтанатын – білікше, майда тістегершіктер, төлке, саусақ және с.с. типтегі бөлшектерді, сондай-ақ ЖЖТ (ТВЧ) қыздырылып немесе төменгі жасытулы басқа әдістермен шынықтырлатын бөлшектерді жасауға қолданады.

Орташа көміртектенген төмен қоспаланған болаттар. Бұл топ болаттарының беріктік қасиеттерін артыруға қоспаланатын компоненттерді (хром мен никель) енгізу және термоөңдеумен қол жеткізіледі. Хромды енгізу болаттың беріктігін, никельді енгізу – тұтқырлығын арттырады. Бұдан басқа хром мен никель, аустенитте еріп, оның тұрақтылығын арттырады және шынықтыру кезінде суытудың сынбағалық жылдамдығын төмендетеді, бұл бөлшекті майда шынықтыруға, соның есебінен термиялық өңдеу кезінде бұйымның үгітілуін азайтуға және болаттардың күйдірілгіштігін 30 мм дейін арттыруға мүмкіндік береді.

Орташа көміртектенген төмен қоспаланған болаттар тобына сондай-ақ таза хромды орташа көміртектенген болаттарды да жатқызады. Бұл болаттарда

 

1.1-сурет. Микроқұрылымды бағалауға арналған бағдарламалық кешен

 

никельдің болмауы олардың күйдірілгіштігінің төмендеуі (15 мм дейін) көрсетеді. Кейде хром-никельді болаттардағы никельді ішінара марганецпен ауыстырады (38ХГН болаты). Бұл кезде болаттың күйдірілгіштігі сақталады, бірақ суыққа төзімділігі хром-никельділерден төмен. Соған байланысты орташа көміртектенген хром-никельді болаттар жоғары жасытудан кейін жасытулық морттыққа бейім, олар әлде майда, әлде тіпті суда шапшаң суытуды талап етеді. Қималар өзгеретін жерлерде және кернеулер шоғырландырушыларда үгітілулер мен шынықтыру шытынаулары пайда болу мүмкіндігі себебінен, бұндай болаттарды ұзын және күрделі пішінді бөлшектер жасамаған жөн. Сондықтан орташа көміртектенген хром-никельді болаттар ұзындығы үлкен емес қарапайым пішінді бұйымдарды (өстерді, саусақтарды, білікшелерді және т.с.с.) жасау үшін пайдаланылады.

 

1.3-кесте

Орташа көміртектенген қоспаланбаған болаттардың қасиеттерін арттыру әдістері

Өңдеу	Қасиеттері
Беріктігі	Пласти-калығы	Тұтқыр-лығы және шытынауға төзімділігі	Суыққа төзім-ділігі	Тозуға төзім-ділігі	Циклдік беріктігі
Термиялық немесе изотермиялық	+	+	+	+	+	+
Термомеханикалық	+	-	-	-	-	-
Түйірлерін майдалау	-	+	+	+	-	+
Пластикалық деформация	+	-	-	-	+	+
Зиянды қоспалар мөлшерін төмендету	-	-	+	+	-	+

 

1.4-кесте

Төмен және орташы көміртектенген төмен және орташа

қоспаланған болаттардың қасиеттерін арттыру әдістері

Өңдеу	Қасиеттері
Беріктігі	Пластикалығы	Тұтқырлығы және шытынауға төзімділігі	Ыстыққа беріктігі	Суыққа төзімділігі	Күйдірілгіштігі	Жегіге төзімділігі	Тозуға төзімділігі	Циклдік беріктігі	Жасыту мортығы
Термиялық немесе изотермиялық	+	+	+		+	-	-	+	+	-
Термомеханикалық	+	-	-	+	-	-	-	+	+	-
Түйірлерін майдалау	+	+	+	-	+	-	-	-	+	-
Ескіру	+	-	-	+	-	-	-	+	+	-
Пластикалық деформация	+	-	-	+	-	-	-	+	+	-
Беттік ХТӨ	-	-	-	-	-	-	+	+	+	-
Қоспалау	-	-	+	+	+	+	+	+	-	+
Зиянды қоспалар мөлшерін төмендету	-	-	+	-	+	-	-	-	+	-

 

Орташа көміртектенген төмен қоспаланған болаттардың негізгі маркалары 4П-қосымшаның кестесінде, ал тағайындалуы 5П-қосымшаның кестесінде келтірілген.

Орташа көміртектенген орташа қоспаланған болаттар. Бұл топ болаттарының негізгі қоспаланатын элементтері хром және никель болып табылады. Қосымша элементтері молибден, кейбір жағдайларда ванадий болып табылады.

Күйдірілгіштігін және қималары үлкейтілген бұйымдарды жасау мүмкіндігін арттыру үшін болатқа никельдің, ал кейде хромның да арттырылған мөлшері енгізіледі. Молибден негізінен жоғары жасытудан кейін суыту кезінде жасытулық морттыққа бейімдігін төмендету үшін енгізіледі. Бұдан басқа молибден шынықтыруға қыздыру кезінде түйіршіктің өсуін шектеуге септігін тигізеді. Болатқа ванадийді енгізу қосымша майдаланған түйірлер алуға және жасыту температурасына тәуелді тұтқырлықты немесе беріктікті азғана арттыруға мүмкіндік береді.

Беріктігін арттыру үшін хром-никельді болатты марганецпен және кремниймен қоспалайды. Беріктігі жоғары хром-никель-марганецті болат (38ХГСНА) шынықтырудан және жоғары емес жасытудан немесе жасытулы изотермиялық шынықтырудан кейін қолданылады.

Бұл топ болаттарының қасиеттерінің сипаттамасы 6П-қосымшасының кесесінде келтірілген.

Төмен көміртектенген төмен және орташа қоспаланған болаттар. Төмен көміртектенген болаттардың негізгі қоспаланатын элементтері, шынықтырылғыштыңы мен күйдірілгіштігін қамтамасыз ететін, тағы да хром мен никель болып табылады.

Бұл топ болаттарынан жасалған бұйымдар әдетте цементеуге – термоөңдеуден кейін жоғары қаттылықты және жоғары емес тұтқырлықты жоғары көміртектенген қабатты жасауға – ұшырайды. Бұл кезде беттік қабаттың астындағы бұйымның негізгі бөлігі термоөңдеуден кейін жоғары тұтқырлықты төмен көміртектенген болып қала береді.

Беріктік пен тұтқырлықтың бұлай үйлесуі үйкелуші беттердің тозуға төзімділігінің жоғарылығын, шаршауға қарсылығының жоғарылығын және сонымен қатар өзегінің тұтқырлығы есебінен динамикалық күшсалмақтар әсеріне жақсы қарсыласуын қамтамасыз етеді.

Бұйымнан бетінің жоғары тозуға төзімділігі талап етілмеген, ал өте жоғары тұтқырлық, кернеу шоғырландырушылары бар кезде динамикалық күшсалмақтар әсеріне төмен сезімталдық талап етілген жағдайларда, алдын-ала цементтелмеген шынықтырылып жасытылған төмен көміттек-ендірілген қоспаланған болаттар қолданады. Егер бұл кезде болатты төмен жасытумен (180-250⁰С) шынықтырылған болса, онда жоғары беріктік пен жақсы тұтқырлық алуға болады.

Бұл топқа таза хромдалған болаттар (15ХА, 20Х), хром-ванадийлі болаттар (15ХФ, 20ХФА) және хром-молибденді болаттар (15ХМ, 20ХМА) жатады. Бірақ бұл болаттардың күйдірілгіштігі үлкен емес, беріктігі жоғарырақ. Хром-ванадийлі және хром-молибденді болаттар соларға ұқсас хромдалған болаттардан жоғарырақ тұтқырлығымен ерекшеленеді.

Төмен көміртектенген қоспаланған машина жасау болаттарының сипаттамалары 7П-қосымшасының кестесінде келтірілген.

Төмен көміртектенген қоспаланған болаттардан жасалған цементтелген бөлшектерді екі қайтара шынықтыруға ұшыратады. Бірінші шынықтыру цементелмеген өзектегі металды қайта кристалдау үшін, цементтеу кезінде өзектегі өскен түйірлерді майдалау үшін және құрамындағы көміртегінің аздығынан жоғары сынбағалық температураға ие, өзекті шынықтыру үшін жоғарырақ температураға қыздырумен жүргізіледі. Екінші шынықтыру цементтелген қабатта «қызып кетпеген» мартенситті алу үшін, жоғары көміртектенген цементелген қабаттың сынбағалық температурасына жауапты, төменірек температураға қыздырумен жүргізіледі. Цементтелген қабаттың тұтқырлығын біршама арттыруға мүмкіндік беретін, 180-200⁰С төмен жасыту термиялық өңдеудің ақырғы операциясы болып табылады.

Төмен көміртектенген цементелетін болаттардың тағайындалуы мен негізгі сипаттамалары 8П-қосымша кестесінде келтірілген.

Бұрғылау және мұнай-газ жабдықтарын жасауда пайдаланылатын болаттардың механикалық қасиеттері мен қолданылу обылыстары 9П-қосымша кестесінде келтірілген.