CN103806847B

CN103806847B - 耐磨防腐抽油杆接箍

Info

Publication number: CN103806847B
Application number: CN201410076817.7A
Authority: CN
Inventors: 余传谋; 赵磊; 孙茂盛; 李明; 李勇; 付小波; 刘斌; 刘涛; 吴振宁
Original assignee: DONGYING XIANHENG INDUSTRY AND TRADE Co Ltd
Current assignee: Dongying Xianheng Industry And Trade Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Zhongyuan Oilfield Co No 2 Oil Production Plant
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103806847A

Abstract

本发明耐磨防腐抽油杆接箍涉及一种连接抽油杆的接箍。其目的是为了提供一种生产时成品率高，使用时耐磨耐腐蚀，对油管磨损少的耐磨防腐抽油杆接箍。本发明包括基体和喷焊于所述基体表面的喷焊层，以质量百分比计所述喷焊层所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：90%～95%，MoS₂粉末5%～10%，其中以质量百分比计所述镍基合金粉末的组成为：C：0.2%～0.5%，Si：2.0%～4.0%，B：4.0%～6.0%，Cr：16%～23%，Fe≤5%，余量为镍。

Description

耐磨防腐抽油杆接箍

技术领域

本发明涉及一种石油生产设备，尤其涉及一种连接抽油杆的接箍。

背景技术

抽油杆接箍是在油田有杆泵采油系统中应用非常广泛的零件，通过其可以实现抽油杆之间的连接，使抽油杆的总长度到达地下数百米甚至数千米深的原油层。在油田抽油机进行工作的时候，抽油杆在油管内上下往复移动，而抽油杆接箍直径大于抽油杆，因此抽油杆接箍不可避免的与油管内壁发生摩擦、碰撞，很容易造成抽油杆接箍和油管内壁的磨损，而磨损带来的最直接影响就是接箍的牢固性及油管内壁的变薄，甚至会造成抽油杆之间的脱落和油管的漏油。

目前，抽油杆接箍基本上是通过在抽油杆接箍基体上喷焊合金粉末来提高接箍的耐磨性和耐腐蚀性，有效解决了接箍被腐蚀磨损的问题。中国专利ZL200910202975.1公开了一种技术方案，通过在接箍表面喷焊一层由镍基合金粉末与固体润滑颗粒组成的合金粉末，其中以质量百分比计，镍基合金：94％～98％，固体润滑颗粒：2％～6％，该技术方案通过改变粉末成分，以机械混合的方式加入固体润滑颗粒，使得金属润滑颗粒在磨损中向油管内壁的转移效果明显，其自润滑效果在摩擦过程中体现的也很好，从而实现了对油管内壁和接箍自身的保护。但是在实际生产、使用过程中发现：喷焊了该合金涂层的接箍在生产时容易产生裂纹，残次率较高，在使用喷焊了该合金涂层的接箍时，依然存在着接箍被磨损被腐蚀和磨穿油管的现象，在井筒中的造斜段出现该情况的几率更大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种生产时成品率高，使用时耐磨耐腐蚀，对油管磨损少的耐磨防腐抽油杆接箍。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，包括基体和喷焊于所述基体表面的喷焊层，以质量百分比计所述喷焊层所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：90％～95％，MoS₂粉末5％～10％；以质量百分比计所述镍基合金粉末的组成为：C：0.2％～0.5％，Si：2.0％～4.0％，B：4.0％～6.0％，Cr：16％～23％，Fe≤5％，余量为镍。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，其中以质量百分比计所述喷焊层所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：93％，MoS₂粉末7％。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，其中所述喷焊层厚度为0.1㎜～0.35㎜。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，其中所述基体与喷焊层之间相互渗透形成渗透层。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，其中以质量百分比计所述基体的组成为：C：0.1％～0.16％，Si：0.4％～1.2％，Mn：0.4％～1.0％，Cr：1.5％～2.5％，Mo：0.2％～0.6％，Ni：0.2％～0.6％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为铁。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍，其中以质量百分比计所述基体的组成为：C：0.13％，Si：0.8％，Mn：1.0，Cr：2.5，Mo：0.2％，Ni：0.2％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为铁。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍与现有技术相比有如下有益效果：

本发明耐磨防腐抽油杆接箍喷焊层所使用的金属粉末成分相较于传统的金属粉末成分而言，提高了Cr元素的比例，由于Cr元素具有增磨的特性，因而Cr元素的增加提高了抽油杆接箍的耐磨性。本发明在喷焊层所实用的合金粉末中添加了MoS_2,，MoS₂元素具有优异的润滑性能，被广泛用于润滑领域，因而MoS₂的增加起到了润滑接箍和油管的作用，降低了接箍和油管的相互磨损；通过加入适量的MoS₂和对镍基合金粉末中其它元素比例的调整，喷焊层的力学性能得到了有效的改善，喷焊层韧性大幅提高，提高了喷焊层抵抗裂纹形成与扩展的能力，为延长抽油杆接箍的使用寿命和提高接箍成品率提供了保障。

所述镍基合金粉末的组成比例与所述基体组成的比例一定范围内是可以浮动选择的，其目的是为了相互配合，得以具有多样性配比选择适应不同配比需求。

本发明抽油杆接箍的基体采用常见的40Cr或35CrMo钢材，该类钢材具有较好的综合力学性能，且成本较低，保证了本发明抽油杆接箍具有较高的承载能力和较低的成本。

下面结合附图对本发明耐磨防腐抽油杆接箍作进一步说明。

附图说明

图1为本发明耐磨防腐抽油杆接箍的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明抽油杆接箍包括基体1和喷焊于基体1表面的厚度为0.2mm～0.4mm的喷焊层2，且基体1与喷焊层2之间相互渗透形成渗透层。

其中，以质量百分比计所述基体1的组成为：C：0.1％～0.16％，Si：0.4％～1.2％，Mn：0.4％～1.0％，Cr：1.5％～2.5％，Mo：0.2％～0.6％，Ni：0.2％～0.6％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为铁。

其中，以质量百分比计喷焊层2所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：90％～95％，MoS₂粉末5％～10％，其中以质量百分比计镍基合金粉末93％，MoS₂粉末7％为最佳选择方案。

以质量百分比计镍基合金粉末的组成为：C：0.2％～0.5％，Si：2.0％～4.0％，B：4.0％～6.0％，Cr：16％～23％，Fe≤5％，余量为镍。

由于本发明所述MoS₂粉末以粉末状存在，所以MoS₂粉末可以采用传统的冶炼制粉方式加入到镍基合金粉末中。

MoS₂的成分确定为5％～10％原因如下：如果MoS₂的含量低于5％则喷焊层2的韧性和抵抗裂纹形成的能力没有得到明显地提高，而如果MoS₂的含量超过10％则喷焊层2的硬度会明显降低，喷焊层2的耐磨性下降。

喷焊层2的厚度确定为0.2mm～0.4mm的原因如下：如果喷焊层2的厚度小于0.2mm，过薄的厚度对基体的耐磨和防腐效果有限，在尽可能的条件下，喷焊层越厚，产品使用寿命越长；但是如果喷焊层2的厚度大于0.4mm，一方面产品的成本过高，另一方面过厚的喷焊层在重熔过程中不容易熔透，影响和基体的结合力，从而喷焊层2也就容易从基体1脱落。

本发明耐磨防腐抽油杆接箍的喷焊层2形成过程如下：

A.将基体1毛胚表面的油污清洗干净并吹干；

B.对基体1毛胚表面进行喷砂除锈、粗化和活化；

C.将MoS₂粉末按照确定的比例以冶炼制粉方式加入到镍基合金粉末中；

D.在基体1毛胚表面采用热喷焊工艺制备一层0.2mm～0.4mm厚度的喷焊层2和渗透层；

E.待喷焊层2冷却，对接箍表面进行抛光。

接下来对本发明耐磨防腐抽油杆接箍的防腐蚀性能、耐磨性能以及抵抗裂纹形成的性能作实验验证。

首先，在以下各实施例中，以质量百分比计喷焊层2所用的合金粉末的组成恒定为镍基合金粉末93％，MoS₂粉末7％，而镍基合金粉末的组成和基体1的组成在各自配比范围内选定并依照上述喷焊层2成型过程制作接箍试样，其中：

实施例一：以质量百分比计，所述镍基合金粉末的成分选定为：C：0.2％，Si：2％，B：5％，Cr：23％，Fe:3.7％，余量为镍。以质量百分比计，所述基体1的成分选定为：C：0.1％，Si：0.4％，Mn：0.7％，Cr：2％，Mo：0.6％，Ni：0.6％，P：0.025％，S：0.025％，余量为铁。

实施例二：以质量百分比计，所述镍基合金粉末的成分选定为：C：0.3％，Si：3％，B：6％，Cr：16％，Fe:4％，余量为镍。以质量百分比计，所述基体1的成分选定为：C：0.13％，Si：0.8％，Mn：1.0％，Cr：2.5％，Mo：0.2％，Ni：0.2％，P：0.025％，S：0.025％，余量为铁。

实施例三：以质量百分比计，所述镍基合金粉末的成分选定为：C：0.5％，Si：4％，B：4％，Cr：19％，Fe:3.5％，余量为镍。以质量百分比计，所述基体1的成分选定为：C：0.16％，Si：1.2％，Mn：0.4％，Cr：1.5％，Mo：0.4％，Ni：0.4％，P：0.025％，S：0.025％，余量为铁。

其次，在实验条件下对以上三个实施例中的样本喷焊层2进行腐蚀和磨损性能测验，同时选取三个45钢接箍试样进行耐腐蚀和耐磨损性能的测验，进而对本发明的耐腐蚀和耐磨损性能作对比评价。

耐腐蚀性能测试实验过程及结果如下：腐蚀试验在浓度为1mol/L的HCl溶液和浓度为3.5％的NaCl溶液中进行，试样经过132小时地不间断浸泡。结果表明，45钢接箍接箍试样表面出现严重的锈蚀斑迹，腐蚀失重分别为210mg和8mg，而本发明耐磨防腐抽油杆接箍试样表面基本上没有变化，腐蚀失重分别为2mg和0mg。由此可见，本发明耐磨防腐抽油杆接箍具有更强的耐腐蚀性和耐磨性。

耐磨损性能测试实验过程及结果如下：磨损试验在MM-200型摩擦磨损试验机上进行。实验条件为，在400N的载荷，400转/分的转速，以及20分钟时间和水润条件下持续对试样做磨损测验。结果表明，与45钢接箍接箍试样相比，本发明耐磨防腐抽油杆接箍试样磨损量有大幅下降，对应的油管试样的磨损量也有大幅下降，其中实施例三效果最好，具体结果见表1。

表1不同试样摩擦副磨损量对比表

最后，对本发明耐磨防腐抽油杆接箍抵抗裂纹形成的性能作实验验证，过程如下：

i.分别选取本发明上述实施例一33个、实施例二33个、实施例三34个，即共选取本发明耐磨防腐抽油杆接箍试样100个，选取普通Ni60合金涂层的接箍试样100个。

ii.通过化学试剂显影的办法来判定喷焊层2表面是否存在裂纹，步骤基本如下：

A.清洗油污

用清洗液在待测试喷焊层2表面喷涂清洗，待表面油污清洗干净并风干后进入下一步骤。

B.喷涂浸透液

在清洗干净后的喷焊层2表面均匀喷涂一层红色浸透液，并等待5分钟左右的浸透时间，保证浸透液能够充分浸透到裂纹的深处。

C.清洗浸透液

再次使用洗净液/除去液将喷焊层2表面的红色浸透液清洗干净并风干。

D.喷涂显影剂

在清洗干净的喷焊层2表面均匀喷涂一层较薄的白色显影剂，待显影剂风干后即可进行微裂纹显影实验，观察和判定裂纹是否存在，发现表面有红色细线，即微裂纹。

iii.得出实验数据：100个普通Ni60合金涂层的接箍试样，出现微裂纹显影的2个。100个本发明试样，出现微裂纹显影零个。数据表明，本发明耐磨防腐抽油杆接箍在试产过程中具有较好的抵抗裂纹形成的性能，成品率较高。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种耐磨防腐抽油杆接箍，包括基体和喷焊于所述基体表面的喷焊层，以质量百分比计所述喷焊层所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：90％～95％，MoS₂粉末5％～10％，其中以质量百分比计所述镍基合金粉末的组成为：C：0.2％～0.5％，Si：2.0％～4.0％，B：4.0％～6.0％，Cr：16％～23％，Fe≤5％，余量为镍。

2.根据权利要求1所述的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于：以质量百分比计所述喷焊层所用的合金粉末组成为：镍基合金粉末：93％，MoS₂粉末7％。

3.根据权利要求1或2所述的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于：所述喷焊层厚度为0.2㎜～0.4㎜。

4.根据权利要求1所述的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于：所述基体与喷焊层之间相互渗透形成渗透层。

5.根据权利要求1所述的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于：以质量百分比计所述基体的组成为：C：0.1％～0.16％，Si：0.4％～1.2％，Mn：0.4％～1.0％，Cr：1.5％～2.5％，Mo：0.2％～0.6％，Ni：0.2％～0.6％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为铁。

6.根据权利要求1所述的耐磨防腐抽油杆接箍，其特征在于：以质量百分比计所述基体的组成为：C：0.13％，Si：0.8％，Mn：1.0％，Cr：2.5％，Mo：0.2％，Ni：0.2％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为铁。