游车大钩材料性能分析

于 雷，黄志超

1中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津

2中海油能源发展装备技术有限公司，天津

游车大钩，布氏硬度，金相组织，冲击性能，拉伸性能

1.前言

在年检中，中海油渤海自营油田修井机游车大钩多套次被检出裂纹缺陷，导致部分游车大钩报废。油田对游车大钩开展了一系列性能分析。骆发前等[1]研究了游车大钩断裂的原因和预防措施，于雷[2]对游车大钩钩体裂纹在静载荷下的断裂性能进行了研究，徐世珍等[3]对大钩的可焊性进行了分析。笔者对报废游车大钩钩体材料性能进行分析试验，以促进游车大钩制造工艺的改进。

2.化学成分分析

当金属被能量激发时，原子的壳层电子被激发到较高能级的外层轨道上同时激发出特征谱线。采集这些特征谱线并计算其强度就可以获得该元素的质量分数。根据游车大钩制造商提供的资料显示，该大钩的材料牌号为ZG28NiCrMoA。对游车大钩钩体材料的8种化学元素进行定量分析，并与标准JBT 6402—2006《大型低合金钢铸件》对比，试验结果如表1所示。

Table 1.The test result of chemical composition analysis of hook sample of travelling block 表1.游车大钩试样化学成分分析试验结果

该试样的C元素含量略高于标准要求，Si、Mn、P和S元素含量满足标准要求，Cr元素含量明显高于标准要求，Ni和Mo元素含量低于标准要求。

3.硬度试验分析

试验采用布氏硬度计进行硬度测量。选取2个游车大钩试样，试验方法参照GB/T 231.1—2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》。从试验结果(表2)可以看出，2种试样的布氏硬度在250～256 HBW，说明游车大钩钩体各部分的材质比较均匀，抵抗压力和划痕的能力也基本相同。

Table 2.The test result of Brinell hardness analysis of hook sample of travelling block 表2.游车大钩试样布氏硬度分析结果

4.金相试验分析

金相组织分析是研究金属及合金内部结构的一种常见试验方法。试验方法参照GB/T 13298—1991《金属显微组织检验方法》。游车大钩试样钩体表面进行金相组织分析并拍摄金相组织相片如图1所示。游车大钩的材质为以铁素体为基体，内分布着较为均匀的碳化物球粒的复合物，是一种典型的回火索氏体组织形态。

Figure 1.The metallographic structure of hook body 图1.游车大钩钩体金相组织

5.冲击试验分析

材料冲击试验是一种动态力学试验，材料的冲击吸收功能够直观反应材料的冲击韧性。试验方法参照GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。试样尺寸如表3所示。

试验制作了3组冲击试样，试验温度为-20℃，每组包含3个试样，冲击试验结果如表4所示。游车大钩试样的冲击吸收功在18.5～28 J之间。参考对ZG28NiCrMoA钢材冲击吸收能量的要求，在-20℃时的最小冲击功为32 J，说明该批试样的冲击韧性均未达标。

Table 3.The sample size of impact test 表3.冲击试验试样尺寸表

Table 4.The result of impact test 表4.冲击试验结果

6.拉伸试验分析

试验方法参照GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行试样加工和试验分析，制作了4组拉伸试样，试验结果见表5。参考标准JBT 6402—2006《大型低合金钢铸件》，要求该牌号的材料屈服强度大于420 MPa，抗拉强度大于630 MPa，断后伸长率不低于20%，断面收缩率高于40%。从拉伸试验结果可以看出，该游车大钩钩体材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均符合标准，断面收缩率ZG3及ZG4也基本满足要求。ZG1及ZG2断面收缩率偏小，可能与试样加工工艺有关。

Table 5.The result of tensile test 表5.拉伸试验结果

7.结论与建议

1)大钩试样的化学成分试验结果与该材料牌号的标准要求差异较大，C、Cr、Ni、Mo含量偏离标准值直接影响材料的性能。

2)大钩试样的冲击韧性不满足标准要求。

3)大钩试样的拉伸试验结果基本符合标准要求。

4)为避免游车大钩在油田生产运营中过早报废，建议游车大钩钩体在制造过程中完善铸造工艺，确保大钩材料各化学成分和机械性能满足标准要求。