Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

показали несостоятельность методов решения вопросов повы­ шения долговечности бурового инструмента путем осуществле­ ния частных мероприятий внутриведомственного масштаба. Многие министерства и ведомства, имеющие в своем производ­ стве буровые работы, вынуждены тратить немало усилий и ма­ териальных средств на создание собственного фонда бурового инструмента. Со временем это привело к созданию многочис­ ленных очагов по выпуску буровых штанг, коронок и буров в

горнорудных предприятиях .Министерств черной и цветной ме­ таллургии.

водства буровых штанг и цельноармированного инструмента, а также увеличению их качества. Однако до настоящего време­ ни улучшению технологии производства и повышению надеж­ ности бурового инструмента на основной массе рудников все еще уделяется недостаточно внимания и чаще всего осущест­ вляется путем рационализации только наиболее трудоемких операций. В значительной степени это определяется целым ря­ дом объективных причин, например, отдаленностью рудных баз, нехваткой специалистов-металловедов, а также недостаточным оснащением бурозаправочных мастерских современным обору­ дованием и инструментом. За редким исключением, большин­ ство рудников вынуждено осваивать бурозаправочные работы, исходя из местных условий, зачастую применяя кустарное обо­ рудование и устаревшую технологию. В лучшем случае выбор режима ковки и термообработки штанг и их элементов произво­ дится путем подбора, исключительно основанного на опыте и навыках бурозаправщиков-термистов. Неудовлетворительно организована и поставка буровой стали на рудники, не говоря уже о том, что сам поступаемый с заводов металл не всегда обладает требуемым качеством. Часто допускается пересорти­ ца марок стали, порча поверхности за счет неудовлетворитель­ ного хранения, что приводит к большому количеству брака и отходов и в общем итоге значительному удорожанию бурозап­ равочных работ. Сейчас непосредственно на рудниках изготав-

57

ляется около 90% необходимого количества буровых штанг и буров, поэтому возникает острая потребность в создании цент­ рализованной системы их производства и поставки с разработ­ кой единых поставочных нормативов и ГОСТов. Однако органи­ зация централизованного производства бурового инструмента зависит от своевременного осуществления исследований в этой области металлургии. И, очевидно, наиболее плодотворное и оперативное решение этой проблемы возможно только при условии целенаправленной мобилизации усилий ученых и спе­ циалистов различных профилей: металлургов, машиностроите­ лей и технологов-металловедов.

При этом учитывая опыт ведущих зарубежных фирм указан­

упрочняющая и антикоррозионная обработка. Нерешенных вопросов в направлении создания высокопрочного бурового инструмента, к сожалению, еще много.

Как показал анализ опубликованной отечественной литера­ туры, до сих пор многие важнейшие положения, связанные с получением сталей бурового сортамента, технологией бурозап­ равочных работ и заключительных операций, таких как упроч­ нение, изучены еще далеко недостаточно, что значительно сдерживает повышение его надежности и долговечности. Недос­ таточно полно разработаны и единые теоретические основы, раскрывающие перспективы повышения сопротивления бурового инструмента усталостному разрушению, вызванному ударно­ циклическими нагрузками и одновременными коррозионными яв­ лениями. Например, в обширной информации по теории волно­ вых напряжений в буровых штангах, почти не уделено внима­ ния поведению буровой стали с различным структурным соста­ вом при прохождении импульсов ударно-циклических напряже­ ний.

Имеющиеся данные по этому вопросу, изобилуют неточ­ ностью и ошибочностью суждений. Это привело к тому, что до настоящего времени такие исключительно важные вопросы, как выбор марок буровой стали, их состав и метод термообработки, оценка усталостных и прочностных свойств, практически ос­ таются не решенными и требуют детального изучения.

Чтобы обеспечить высокое сопротивление буровых штанг усталостному разрушению, вызванному высокими ударно-цик­ лическими нагрузками, необходимо осуществить исследования в направлении изыскания прогрессивных способов выплавки и прокатки, установлению эффективного и рационального упроч­ нения их внешней поверхности. Несмотря на то, что в ряде стран предпринимались попытки исследовать данный вопрос, в опубликованных работах умалчивается или.не указывается

58

чественные закономерности и связь внешних силовых факторов, остаточных напряжений, констант материала, с долговечностью. В результате чего до сих пор нет ясности в том, какие способы и режимы поверхностного упрочнения инструмента деформаци­ онные, термические, химико-термические или комбинированные являются наиболее эффективными.

Сильное отрицательное влияние на стойкость бурового става

лероживание и т. д.). В связи с этим материалы бурового сор­ тамента следует оценивать на предельное состояние, как тела с трещиной методами линейной механики разрушения. В этом отношении изучение влияния указанных факторов на стойкость бурового инструмента и разработка оптимальных мероприятий

горному оборудованию эти аспекты линейной механики разру­ шения пока не получили научного освещения. Огромное прак­ тическое значение при производстве буровых штанг, как отме­ чалось, имеет разработка приемлемых способов антикоррозион­ ной защиты. Пока и по этому вопросу есть ряд существенных разногласий. Одни считают, что коррозионно-усталостные явле­ ния в элементах бурового става не отличаются от процессов усталостного разрушения, протекающих в изделиях при обыч­ ных плавных условиях нагружения (кручение, изгиб и т. π.). В то же время многие результаты исследований приводят к выво­

разрушение металла объясняет с позиций теории электрохими­ ческих явлений, что практикой защиты штанг пока не подтверж­ дается. C другой стороны, делаются попытки представить ме­ ханизм разрушения штанг с привлечением теории адсорбцион- по-электрокоррозионных явлений. Однако и в этом направле­ нии выполнено еще мало исследований, а имеющиеся результа­ ты пока не являются надежными и требуют проверки κ∙ уточ­ нения. Как следствие этого на заводах и рудниках, практически, отсутствуют участки по защите бурового металла и готового инструмента от коррозии. Не создано также и надежных мето­ дов расчета элементов бурового става на прочность и долговеч­ ность, связывающих силовые параметры буровой машины, свой­

59

ГЛАВА II

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

§1.0 выборе и обосновании стали для буровых перфораторных штанг

В настоящее время имеются многочисленные данные по дол­ говечности буровых штанг, изготовленных из самых различных по составу и структуре сталей, однако до сих пор не выявлено каких-либо значительных преимуществ сталей, средне и высо­ колегированных, в сравнении с углеродистыми или низколеги­ рованными конструкционными.

Многими исследователями замечено, что стойкость буровых штанг, изготовленных из легированных сталей различного сос­ тава, практически не имеют закономерной связи с их проч­ ностью. Сопоставляя, например, приведенные в литературе ре­ зультаты стойкости штанг, изготовленных из сталей ЗЗНХЗМ, 18Х2Н4А, ЗОХЗМФ, ЩХ15МЗ, 3X13, ЗОХГСФА, 95ХМА [90], можно сделать вывод о том, что данные штанги оказались в процессе эксплуатации в шахте менее долговечными, чем из­ готовленные из углеродистой стали.

Говоря иначе, прочность штанг, достигнутая только введе­ нием в сталь различных легирующих элементов без обеспече­ ния хорошей поверхности и без создания термообработкой уп­ рочненного слоя, не используется, поскольку не оказывает влия­

буровых штанг. По-прежнему стремятся достигнуть значитель­ ного повышения их стойкости разработкой и исследованием новых легированных марок сталей, не учитывая того, что на металлургических заводах это приводит к неоправданным за­ тратам средств на производство трудоемких опытных плавок. При этом не обоснованно ссылаются на опыт производства

61