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用于切斷高強(qiáng)度石油套管的新型切斷刀片

2008年04月23日 10:02點(diǎn)擊：268來(lái)源：>>進(jìn)入該公司展臺(tái)

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)石油天然氣鉆采鋼管（簡(jiǎn)稱油井管）的年消耗量一直保持在80萬(wàn)噸以上，其中國(guó)產(chǎn)油井管已達(dá)60多萬(wàn)噸，石油套管約占油井管總量的74%，每年我國(guó)石油套管的切斷加工量超過(guò)300萬(wàn)件，且高強(qiáng)度套管所占比例越來(lái)越大，每年需消耗大量硬質(zhì)合金切斷刀片。因此，合理選擇、的硬質(zhì)合金切斷刀片，對(duì)于提高套管切斷效率和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。

硬質(zhì)合金數(shù)控切斷銑刀片（簡(jiǎn)稱切斷刀片）是以銑削方式進(jìn)行切斷加工。普通硬質(zhì)合金切斷刀片對(duì)高強(qiáng)度石油套管進(jìn)行切斷加工時(shí)，不僅刀片耐用度低，而且經(jīng)常打刀，嚴(yán)重影響切斷效率。為此，本文精選ZP35、SC30、YW4、CT35、YB120、ZP35T8等6種新牌號(hào)國(guó)產(chǎn)切斷刀片對(duì)高強(qiáng)度石油套管進(jìn)行了切斷性能試驗(yàn)。

2．工件材料

工件材料選用P110鋼級(jí)的API石油套管，外徑D=368mm，壁厚T=23mm，其化學(xué)成分見表1，機(jī)械性能見表2。與45鋼相比，P110鋼是一種高強(qiáng)度錳鋼，在切斷過(guò)程中加工硬化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

**表1　P110石油套管的化學(xué)成分（%）**
C	Si	Mn	Ni	Cu	V	P	S
0.22～ 0.29	0.17～ 0.37	1.30～ 1.60	≤0.2	≤0.2	0.07～ 0.12	≤0.025	≤0.025

**表2　P110石油套管的機(jī)械性能**
屈服強(qiáng)度σ_s（MPa）	抗拉強(qiáng)度σ_b（MPa）	伸長(zhǎng)率δ（%）
775～965	≥880	≥13.5

3．切斷刀片

切斷刀片的幾何形狀如圖1所示。尺寸（長(zhǎng)×高×寬）為：L×H×a＝20mm×7mm×5mm，B=4.5mm。

這6種新型切斷刀片具有高強(qiáng)度和良好的紅硬性及抗沖擊性能，其物理機(jī)械性能見表3。

**表3　切斷刀片的物理機(jī)械性能**
刀片牌號(hào)	硬度（HRA）	抗彎強(qiáng)度（N/mm²）	比重（g/cm³）
ZP35	91.3	2000	12.9
SC30	90.9	2000	12.7
YW4	92.0	1230	12.2
CT35	90.0	1800	12.9
涂層刀片牌號(hào)	刀片表面涂層材料		涂層厚度
YB120	TiC+TiCN+TiN		3～4?m
ZP35T8	TiC+TiCN+TiN		5～8?m

YB120涂層刀片是以SC30為基體，采用化學(xué)氣相沉積（CVD）法，在950～1050℃的高溫下，在基體表面沉積厚度為3～4?m的碳化鈦和氮化鈦復(fù)合涂層；ZP35T8涂層刀片是以ZP35為基體，采用CVD法，在950～1030℃的高溫下，在基體表面沉積厚度為5～8?m的碳化鈦和氮化鈦復(fù)合涂層。無(wú)涂層硬質(zhì)合金切斷刀片的化學(xué)成分見表4。從表4可知，SC30和ZP35兩種牌號(hào)的碳化鉭（鈮）含量很高，這兩種合金的紅硬性均很高，且抗彎強(qiáng)度良好，具有較好的綜合性能，是制造切斷刀片較理想的合號(hào)。

**表4　硬質(zhì)合金切斷刀片的化學(xué)成分**
刀片牌號(hào)	刀片材料化學(xué)成分（%）
刀片牌號(hào)	Ta（Nb）C	TiC	WC	Co
CT35	5	8	76.5	10.5
YW4	7	8	78	7
ZP35	16	5	70	9
SC30	16	4	70	10

1.刀盤 2.刀桿 3.刀片 4.工件
圖2　切斷刀片安裝方式示意圖

4．試驗(yàn)方法

切斷刀片切削性能試驗(yàn)在成都無(wú)縫鋼管有限責(zé)任公司的RTME420CNC型數(shù)控鋼管切斷機(jī)上進(jìn)行。切斷方式為銑削加工。工件（鋼管）用卡爪固定在機(jī)床上，切斷刀片通過(guò)刀桿前端的彈性?shī)A緊槽夾緊在刀桿上，刀桿通過(guò)壓塊和螺釘固定在刀盤上，如圖2所示。刀盤帶動(dòng)刀片作旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀盤外徑為730mm。刀盤上均勻安裝一組（16片）切斷刀片，刀片的主切削刃調(diào)整在同一圓周上，誤差不超過(guò)0.04mm。切斷刀片切斷高強(qiáng)度套管的切削速度v＝120m/min，每片刀片的吃刀深度a_p＝0.1mm，進(jìn)給量f=a_p×80％。

5．試驗(yàn)結(jié)果及分析

6種切斷刀片切斷加工P110高強(qiáng)度石油套管的刀片耐用度試驗(yàn)結(jié)果見表5。

**表5　切斷刀片耐用度試驗(yàn)結(jié)果**
刀片牌號(hào)	切斷刀片耐用度（件/組）
刀片牌號(hào)	第1組	第2組	第3組	平均值	相對(duì)值
CT35	8	6	4	6	1
YW4	10	12	11	11	1.83
SC30	21	20	22	21	3.50
ZP35	22	18	24	21.3	3.55
ZP35T8	23	23	19	21.6	3.60
YB120	30	31	30	30.3	5.05

試驗(yàn)結(jié)果分析如下：

6種切斷刀片切斷加工P110高強(qiáng)度石油套管的刀片耐用度從高到低的排列順序?yàn)閅B120，ZP35T8，ZP35，SC30，YW4，CT35。其中YB120涂層切斷刀片的耐用度zui高。
新型涂層切斷刀片YB120比未經(jīng)涂層的硬質(zhì)合金刀片SC30的壽命提高44.28%；而硬質(zhì)合金刀片ZP35經(jīng)CVD涂層后的刀片ZP35T8的壽命無(wú)明顯提高，其原因尚待進(jìn)一步研究。

切斷刀片化學(xué)成分中的碳化鉭（鈮）含量越多，刀片的紅硬性越好，耐用度越高。

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