RU2676340C1 - Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" - Google Patents
Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676340C1 RU2676340C1 RU2017142096A RU2017142096A RU2676340C1 RU 2676340 C1 RU2676340 C1 RU 2676340C1 RU 2017142096 A RU2017142096 A RU 2017142096A RU 2017142096 A RU2017142096 A RU 2017142096A RU 2676340 C1 RU2676340 C1 RU 2676340C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc
- coupling
- threaded
- nipple
- layer
- Prior art date
Links
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 27
- QNDQILQPPKQROV-UHFFFAOYSA-N dizinc Chemical compound [Zn]=[Zn] QNDQILQPPKQROV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 11
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 abstract description 8
- KFZAUHNPPZCSCR-UHFFFAOYSA-N iron zinc Chemical compound [Fe].[Zn] KFZAUHNPPZCSCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
Abstract
Изобретение относится к резьбовым соединениям труб и трубных изделий, работающим в сложных условиях эксплуатации, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для транспортировки агрессивных сред. Технический результат - повышение износостойкости и работоспособности резьбового соединения за счет обеспечения минимального износа и исключения образования задиров резьбовых поверхностей ниппеля и муфты при многократном «свинчивании-развинчивании». В резьбовом соединении «ниппель-муфта» резьбовая поверхность муфты выполнена с термодиффузионным цинковым покрытием, включающим железоцинковый слой дельта-фазы. Железоцинковый слой дельта-фазы имеет толщину 10÷55 мкм, при этом градиент концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы составляет 0,06÷0,08 вес.%/мкм. 1 табл.
Description
Изобретение относится к резьбовым соединениям «ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием» труб и трубных изделий, работающим в сложных условиях эксплуатации, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при перекачивании агрессивных сред, в горном деле, строительстве и других отраслях.
Работоспособность резьбового соединения «ниппель-муфта», работающего в сложных условиях эксплуатации, характеризуется количеством циклов «свинчивания-развинчивания», обеспечивающих стабильную работу. Для увеличения срока службы резьбового соединения по меньшей мере одну из сопрягаемых резьбовых поверхностей выполняют с термодиффузионным цинковым покрытием. При этом наиболее экономически эффективным является нанесение термодиффузионного цинкового покрытия только на муфту.
Известна соединительная муфта, резьбовая поверхность которой выполнена с термодиффузионным цинковым покрытием толщиной 31÷60 мкм, отклонение которого от среднего значения по толщине покрытия на резьбовой поверхности не превышает 20% (патент РФ №2383413, B22F 1/02, С23С 10/36, Е21В 17/02, опубл. 10.03.2010).
Недостатком предложенного решения является повышенный износ резьбового соединения, характеризующийся появлением задиров, при многократном выполнении циклов «свинчивания-развинчивания» резьбового соединения.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является резьбовое соединение насосно-компрессорных труб (далее - НКТ) «ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием», в котором резьбовая поверхность муфты выполнена с термодиффузионным цинковым покрытием (далее - ТДЦ-покрытием), включающим железоцинковый слой дельта-фазы (Галин Р.Г., Захарьевич Д.А., Александров С.В., Демидова О.В., Фоминых М.В. «Упрочняющие цинковые покрытия для резьбовых соединений», Журнал «Упрочняющие технологии и покрытия» №6 (114) июнь 2014, с. 24-29). В процессе опытно-промышленных испытаний резьбового соединения «ниппель-муфта с ТДЦ-покрытием» на «свинчивание-развинчивание» без использования резьбоуплотнительной смазки (в условиях сухого трения) на сопрягаемых поверхностях создаются благоприятные условия «свинчивания-развинчивания».
Однако при многократном повторе циклов «свинчивания-развинчивания» резьбового соединения наблюдается налипание продуктов износа на контактирующие поверхности, в условиях сухого трения происходит заедание резьбы, что приводит к снижению работоспособности резьбового соединения труб и трубных изделий.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка резьбового соединения «ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием», обеспечивающего надежную эксплуатацию резьбовых соединений при многократном «свинчивании-развинчивании» как в условиях сухого трения, так и с использованием резьбоуплотнительной смазки.
Технический результат заключается в повышении износостойкости и работоспособности резьбового соединения за счет обеспечения минимального износа и исключения образования задиров резьбовых поверхностей ниппеля и муфты при многократном «свинчивании-развинчивании».
Указанный технический результат достигается за счет того, что в резьбовом соединении «ниппель-муфта», в котором резьбовая поверхность муфты выполнена с термодиффузионным цинковым покрытием, включающим железоцинковый слой дельта-фазы, согласно изобретению, железоцинковый слой дельта-фазы имеет толщину 10÷55 мкм, при этом градиент концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы составляет 0,06÷0,08 вес.%/мкм.
В предлагаемом резьбовом соединении термодиффузионное цинковое покрытие резьбовой поверхности муфты содержит железоцинковый слой дельта-фазы толщиной 10÷55 мкм. При этом градиент концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы в пределах 0,06÷0,08 вес.%/мкм приводит к плавным изменениям свойств покрытия по толщине слоя дельта-фазы (твердости, износоустойчивости, адгезионных свойств и др.), что обеспечивает минимальный износ и исключение образования задиров резьбовых поверхностей ниппеля и муфты при многократном «свинчивании-развинчивании» резьбового соединения как в условиях сухого трения, так и в присутствии резьбоуплотнительной смазки.
При градиенте концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы, содержащейся в термодиффузионном цинковом покрытии резьбовой поверхности муфты, менее 0,06 вес.%/мкм в резьбовом соединении «ниппель-муфта с ТДЦ-покрытием» наблюдается больший износ резьбы ниппеля по сравнению с износом резьбы муфты. При градиенте концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы более 0,08 вес.%/мкм наблюдается заедание резьбового соединения при значительно меньшем количестве выполненных циклов «свинчивания-развинчивания». По-видимому, при больших градиентах концентрации цинка в слое дельта-фазы происходит образование участков схватывания резьбовых поверхностей муфты и ниппеля и последующей пластической деформации резьбы при «свинчивании-развинчивании» резьбового соединения.
Получение в производственных условиях железоцинкового слоя дельта-фазы толщиной менее 10 мкм и градиентом концентрации цинка по толщине слоя более 0,06 вес.%/мкм технически трудно реализуемо. При выполнении железоцинковогослоя дельта-фазы толщиной более 55 мкм возрастает хрупкость термодиффузионного цинкового покрытия на резьбовой поверхности муфты, что приводит к повышению износа и снижению работоспособности соединения.
Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, оборудованием и технологиями), необходимыми для массового производства труб и трубных изделий, имеющих резьбовое соединений «ниппель-муфта с ТДЦ-покрытием», выполненное в соответствии с предлагаемым решением, что обеспечит повышение износостойкости и работоспособности резьбового соединения в сложных условиях эксплуатации, в частности при обустройстве нефтяных скважин, перекачивании агрессивных сред.
Для пояснения изобретения были проведены испытания образцов резьбового соединения НКТ «ниппел-муфта с ТДЦ-покрытием».
На резьбовую поверхность муфт наносили термодиффузионное цинковое покрытие с заданным градиентом концентрации цинка по толщине железоцинкового слоя дельта-фазы следующим образом. Предварительно очищенные (по ГОСТ Р51163-98) и обезжиренные от остатков СОЖ муфты для НКТ загружали в контейнер с модифицированным порошком цинка. Использовали муфты диаметром 73 мм из стали марки 32Г2 с треугольной резьбой (по ГОСТ 633-80), группы прочности N80. Содержание цинка в порошке составляло до 99 мас.%, использовали порошок с размером частиц цинка от 4 мкм до 1 мм, имеющих поверхностную пленку оксида цинка на частицах от 0,03 до 0,5 мкм. Контейнер с муфтами и порошком помещали в реторту электропечи и нагревали до температуры термодиффузионного цинкования 430÷440°С с одновременным вращением реторты для равномерного нанесения цинка на поверхность изделий. Цинкование осуществляли путем контактной диффузии цинка из порошка цинка на металлическую поверхность изделия через оксидную пленку, покрывающую частицы порошка цинка. Общее время нагрева составляло 3÷3,5 часа. После завершения нагрева продолжали вращение реторты в течение 40÷60 минут, по истечении которого контейнер с муфтами извлекали из реторты, остужали до комнатной температуры и оцинкованные муфты отделяли от порошка цинка. При этом путем изменения температуры, продолжительности нагрева и времени охлаждения в заданных интервалах получали покрытия различной толщины и градиента концентрации цинка по толщине железоцинкового слоя дельта-фазы.
Послойное распределение цинка на резьбовой поверхности муфт определяли на специально изготовленных шлифах с помощью растрового электронного микроскопа «JEOL» JSM-6460 LV с энергодисперсионным спектрометром для проведения химического микроанализа. Градиент концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы определяли в направлении от границы раздела дельта-фазы с гамма-фазой путем расчета отношения разности концентраций цинка на поверхности покрытия и границе раздела дельта-фазы с гамма-фазой к толщине дельта-фазы.
Испытания проводили на муфтах, изготовленных по ГОСТ 633-80, с ТДЦ-покрытием, обладающим различной толщиной железоцинкового слоя дельта-фазы на резьбовой поверхности и различным градиентом концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы. Результаты испытаний показаны в таблице.
Как видно из таблицы, обеспечивается покрытие резьбы муфты с предлагаемым сочетанием толщины железоцинкового слоя дельта-фазы и градиентом концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы, при этом натяг муфты не выходит за пределы допускаемых отклонений и соответствует ГОСТ 633-80, что позволяет создать благоприятные условия на контактирующих поверхностях в процессе «свинчивания-развинчивания» как в условиях сухого трения, так и при использовании резьбоуплотнительной смазки, обеспечивающих надежную эксплуатацию резьбовых соединений.
Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение износостойкости и работоспособности резьбового соединения «ниппель-муфта с ТДЦ-покрытием» за счет обеспечения минимального износа и исключения образования задиров резьбовых поверхностей ниппеля и муфты при многократном «свинчивании-развинчивании».
Claims (1)
- Резьбовое соединение «ниппель-муфта», в котором резьбовая поверхность муфты выполнена с термодиффузионным цинковым покрытием, включающим железоцинковый слой дельта-фазы, отличающееся тем, что железоцинковый слой дельта-фазы имеет толщину 10÷55 мкм, при этом градиент концентрации цинка по толщине слоя дельта-фазы составляет 0,06÷0,08 вес.%/мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142096A RU2676340C1 (ru) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142096A RU2676340C1 (ru) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676340C1 true RU2676340C1 (ru) | 2018-12-28 |
Family
ID=64958599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017142096A RU2676340C1 (ru) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676340C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6171359B1 (en) * | 1997-03-17 | 2001-01-09 | Leonid Levinski | Powder mixture for thermal diffusion coating |
| RU2244094C1 (ru) * | 2003-10-27 | 2005-01-10 | Арустамов Сергей Сергеевич | Соединительная муфта труб нефтяного сортамента и способ получения железоцинкового покрытия на резьбовых участках |
| RU2383413C1 (ru) * | 2008-09-01 | 2010-03-10 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Модифицированный порошок цинка для термодиффузионного цинкования, способ нанесения покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием |
| RU2384789C1 (ru) * | 2008-11-10 | 2010-03-20 | Темлюкс Холдинг Лимитед С.А. | Соединение коррозионностойких обсадных или насосно-компрессорных труб и способ его получения |
| RU2496909C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Вика Гал 2" | Термодиффузионное цинковое покрытие |
| RU2507300C2 (ru) * | 2012-05-02 | 2014-02-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием |
-
2017
- 2017-12-04 RU RU2017142096A patent/RU2676340C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6171359B1 (en) * | 1997-03-17 | 2001-01-09 | Leonid Levinski | Powder mixture for thermal diffusion coating |
| RU2244094C1 (ru) * | 2003-10-27 | 2005-01-10 | Арустамов Сергей Сергеевич | Соединительная муфта труб нефтяного сортамента и способ получения железоцинкового покрытия на резьбовых участках |
| RU2383413C1 (ru) * | 2008-09-01 | 2010-03-10 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Модифицированный порошок цинка для термодиффузионного цинкования, способ нанесения покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием |
| RU2384789C1 (ru) * | 2008-11-10 | 2010-03-20 | Темлюкс Холдинг Лимитед С.А. | Соединение коррозионностойких обсадных или насосно-компрессорных труб и способ его получения |
| RU2507300C2 (ru) * | 2012-05-02 | 2014-02-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием |
| RU2496909C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Вика Гал 2" | Термодиффузионное цинковое покрытие |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2092157B2 (en) | Low friction coatings for dynamically engaging load bearing surfaces | |
| TWI423881B (zh) | 抗摩擦塗料、此塗料之製法及包含此塗料之物件 | |
| AU2016374776B2 (en) | Threaded connection for pipe or tube and method for producing the threaded connection for pipe or tube | |
| JP4353182B2 (ja) | 鋼材の化成処理前の表面調整処理 | |
| JP6452505B2 (ja) | 金属ガスケット素材板及びその製造方法 | |
| US20040195825A1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| CA3009607A1 (en) | Threaded connection for pipe or tube and method of producing the threaded connection for pipe or tube | |
| JPWO2018216497A1 (ja) | 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法 | |
| Castro et al. | A comparison of microstructural, mechanical and tribological properties of WC-10Co4Cr-HVOF coating and hard chrome to use in hydraulic cylinders | |
| Shen et al. | Fretting wear behaviors of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) against diamond-like carbon and graphene coatings | |
| Sert et al. | Wear behavior of different surface treated cam spindles | |
| RU2676340C1 (ru) | Резьбовое соединение "ниппель-муфта с термодиффузионным цинковым покрытием" | |
| CN110741108B (zh) | 油井管用螺纹接头及油井管用螺纹接头的制造方法 | |
| JP5914334B2 (ja) | 高靭性被膜及び摺動部材 | |
| Rosso et al. | Corrosion resistance and properties of pump pistons coated with hard materials | |
| Yamane et al. | Influence of counter material on friction and wear performance of PTFE–metal binary coatings | |
| Yamane et al. | Wear and friction mechanism of PTFE reservoirs embedded into thermal sprayed metallic coatings | |
| JP2014149085A (ja) | ピストンリング | |
| CN204097554U (zh) | 聚四氟乙烯基耐腐蚀固体润滑膜 | |
| RU2383413C1 (ru) | Модифицированный порошок цинка для термодиффузионного цинкования, способ нанесения покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием | |
| Ripeanu et al. | Wear behavior of antifriction coatings applied at parallel gate valves | |
| RU2384789C1 (ru) | Соединение коррозионностойких обсадных или насосно-компрессорных труб и способ его получения | |
| Zdravecká et al. | Triboanalysis in industry for PVD-coated stamping dies | |
| RU2827802C2 (ru) | ТВЕРДЫЙ СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ Zn-Ni-ПОКРЫТИЯ НА ТРУБНОМ РЕЗЬБОВОМ ЭЛЕМЕНТЕ | |
| Marya et al. | On the friction and anti-galling properties of engineering coatings and surface treatments |