抽油桿斷裂失效分析.doc

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1、抽油桿斷裂分析姓名——班級摘要：某油田用抽油桿服役半年即發(fā)生失效斷裂。從斷口的宏微觀形貌特征、微組織、常規(guī)力學性能和化學成分等方面進行了分析，認為，材料化學成分不當、存在冶金缺陷及強度偏低等是造成該抽油桿發(fā)牛早期疲勞斷裂的主要原因。關鍵詞：抽油桿；斷口；疲勞；失效分析一、引言某廠生產(chǎn)的一批超高強度抽油桿，在服役近半年后，其屮一根距地面處的抽油桿突然斷裂，導致采油工作屮斷，造成了一定的經(jīng)濟損失。該抽油桿桿徑為25mm,其技術要求。s^SOOMPa,ob為966"1200MPa,§$14%,甲$45%。熱處理工藝：930°C正火,400C回火。二、檢驗與結(jié)果1斷口宏觀分析原斷口（見圖1）表面

2、雖已氧化銹蝕，但仍可提供如下信息：①斷裂起始于抽油桿內(nèi)部，并以此呈弧線狀向前擴展，比較符合疲勞斷口宏觀形貌特征；②斷裂的擴展臺階明顯，擴展方向一H了然；③原斷口上具有較大的剪切唇，一方面說明材料基體本身塑韌性較高，另一方而也說明該抽油桿斷裂時所受應力可能要大于其實際許用應力。圖1抽油桿斷口宏觀低倍形貌（實物）2斷口微觀形貌分析將原斷口樣用SEM進行觀察，可見，在斷裂擴展臺階及其擴展方向的裂紋源區(qū)存在著一斷裂撕拉斜面（見圖2a）,但其更詳細的微觀形貌特征己被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋（見圖2b）（a）斷裂起始及擴展區(qū)（b）斷裂擴展區(qū)圖2抽油桿原斷口的SEM二次電子形貌為進一步考察材質(zhì)、深入分析斷裂成因

3、。本試驗選取新的沖擊斷口試樣進行SEM觀察與分析。①新斷口上存在較多尺寸很大的裂紋和孔洞（見圖3a）.以及導電性差的白亮帶（見圖3b）；②該材料基體的正常微觀斷口形貌特征為韌窩狀，同吋還存在夾雜物。對圖中A處夾雜物進行能譜分析），結(jié)果顯示,夾雜物中含有S,Al,Mn和Ca等元素;③新斷口丄很多區(qū)域如一些孔洞洞壁丄存在著導電性不佳的塊狀物，進一步觀察，其為堆集在一起的細顆粒狀物質(zhì)，這些聚集顆粒物經(jīng)ESD分析主要含A1元素，同時還有少量的S和Ca元素。五、（b）圖3抽油桿新斷口的二次電子形貌3力學性能檢測對斷裂抽油桿進行力學性能檢測，結(jié)果見表1,該抽油桿強度指標未達到技術要求，血塑韌性指標超

4、過了技術要求。力學性能檢測結(jié)果與上述的斷口、組織等顯微分析結(jié)果相吻合。表1斷裂抽油桿力學性能檢測結(jié)果項目抗拉蒯屈眼強度％心Pa伸長率5（%）斷直收縮率叭啊）沖擊韌性實測債527.5洌4技術要求9667200--€004化學成分分析該斷裂油桿的化學成分檢驗結(jié)果見表2。由表2可見，斷裂油桿的化學成分與其它爐號生產(chǎn)的抽油桿的化學成分，尤其是Si〈和血含量有較大的差界，一般在鋼屮同吋加入Si和Mn,能夠發(fā)揮兩者的良好作用，例如可以起強化作用，但是該斷裂抽油桿屮Si含量不足0.3%,Mn含量約0.5%,難以達是材質(zhì)要求的H的。表2斷裂抽油桿化學成分檢測結(jié)果W(嗨頊目CSiCrAl斷裂油桿實測值0.

5、1660.2480.4560.8760.1680.055三、討論抽油桿在工作時不停地進行著循環(huán)往復式直線運動，因而通常受交變載荷作用，在桿內(nèi)產(chǎn)生交變應力。卅材質(zhì)內(nèi)部存在諸如尺寸較大的微裂紋和微孔，尤其是呈塊、條帶分布的顆粒聚集態(tài)氧化鋁夾雜物等缺陷時，此類缺陷易成為疲勞裂紋源。由于該抽油桿的材質(zhì)較差，組織屮還存在一定數(shù)量的鐵索體，強度很低，其對交變應力的抗力顯得非常敏感。這樣，在交變應力的不斷作用下，裂紋很快擴展，最終導致疲勞斷裂。四、結(jié)論及建議(1)該抽油桿斷口形貌呈疲勞斷裂特征。(2)抽油桿材質(zhì)較差，其化學成分和材料強度均未達到技術要求，這是造成抽油桿發(fā)牛早期疲勞斷裂的主要原因。(3)

6、預防抽油桿疲勞斷裂，首先要從材料冶煉工序入手，包括熱處理制度等都要層層嚴把質(zhì)量關，做到材料出廠前必須合格，否則會造成不必要的經(jīng)濟損失。五、參考文獻【1]《金屬材料及熱處理》趙忠?丁仁亮?周而康[2]《鋼屮非金屬夾雜物顯微評定方法》10561-89,[3]W抽油桿MSY/T5029—2005[4]《抽油桿》吳則屮，李景文，趙學勝等[5]《S7-300/400應用技術》北京：機械工業(yè)岀版社，2005