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石油钻杆是钻探中用到的主要设备,随着钻井时间的延长,作用于套管上的侧向力增大,造成石油钻杆的磨损失效问题越来越严重,因此,改进钻杆接头表面的耐磨性能,减少因钻杆接头的磨损失效造成的钻井事故对于提高工程效率,增加经济收益意义重大。 本文研制了Fe-Cr-Nb-Mo-xB系和Fe-Mo-C-B-xNb系耐磨带堆焊药芯焊丝。在Fe-Cr-Nb-Mo-xB系合金中,重点研究了B元素对堆焊层的显微组织、耐磨性能和抗冲击性能的影响。试验结果表明,其基体组织主要为马氏体组织,析出相为弥散分布在显微组织中的白色颗粒状NbC以及填充于枝晶间呈空间网状或半网状的Fe3(B,C)和Fe23(B,C)6型化合物。随B含量的逐渐增加,并没有新的硼碳化物生成,但Fe3(B,C)和Fe23(B,C)6体积分数增加,在枝晶间连成一片,起到耐磨骨架的作用,耐磨性最好。抗冲击性能随B含量的增加呈下降趋势。 Fe-Mo-C-B-xNb系堆焊合金的基体组织主要为马氏体组织,硬质相为分布在枝晶间的网状硼碳化物Fe3(B,C)、Fe23(B,C)6以及弥散分布在显微组织中的白色颗粒状NbC。NbC颗粒尺寸在10μm左右,界面结合良好。当铌含量为2.5wt.%时,堆焊层宏观硬度为66.5HRC,NbC呈礼花状分布,当磨粒对基体切削时,未成形的NbC不能阻挡和终止磨粒的犁削行为,导致磨损量较大。磨损机制为由塑性变形引起的犁沟。铌含量为3.5wt.%时,堆焊层宏观硬度达65.5HRC,弥散分布的NbC颗粒配合马氏体基体组成耐磨骨架,同时高硬度的堆焊层有效降低了磨粒的犁削刺入,耐磨性最佳,其磨损机制为犁沟微观切削引起的塑性变形。铌含量达4.5wt.%时,大量的NbC颗粒过多消耗基体中固溶的C原子,宏观硬度下降到61HRC,较低的宏观硬度是磨损量较大的原因,其磨损机制为犁沟式切削磨损。NbC颗粒有效地钉扎和阻止了冲击后造成的合金表面裂纹,对提高合金抗裂性有积极作用。