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鋼材力學性能是保證鋼材終使用性能(機械性能)的重要指標,它取決于鋼的化學成分和熱處理制度。在鋼管標準中,根據不同的使用要求,規定了拉伸性能(抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率)以及硬度、韌性指標,還有用戶要求的高、低溫性能等。
①抗拉強度(σb)
試樣在拉伸過程中,在拉斷時所承受的力(Fb),除以試樣原橫截面積(So)所得的應力(σ),稱為抗拉強度(σb),單位為N/mm2(MPa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的能力。
②屈服點(σs)
具有屈服現象的金屬材料,試樣在拉伸過程中力不增加(保持恒定)仍能繼續伸長時的應力,稱屈服點。若力發生下降時,則應區分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2(MPa)。
上屈服點(σsu):試樣發生屈服而力首次下降前的應力; 下屈服點(σsl):當不計初始瞬時效應時,屈服階段中的小應力。
屈服點的計算公式為:
式中:Fs--試樣拉伸過程中屈服力(恒定),N(牛頓)So--試樣原始橫截面積,mm2。
③斷后伸長率(σ)
在拉伸試驗中,試樣拉斷后其標距所增加的長度與原標距長度的百分比,稱為伸長率。以σ表示,單位為%。計算公式為:σ=(Lh-Lo)/L0*
式中:Lh--試樣拉斷后的標距長度,mm; L0--試樣原始標距長度,mm。
④斷面收縮率(ψ)
在拉伸試驗中,試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比,稱為斷面收縮率。以ψ表示,單位為%。計算公式如下:
式中:S0--試樣原始橫截面積,mm2; S1--試樣拉斷后縮徑處的少橫截面積,mm2。
⑤硬度指標
金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力,稱為硬度。根據試驗方法和適用范圍不同,硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。
A、布氏硬度(HB)
用一定直徑的鋼球或硬質合金球,以規定的試驗力(F)壓入式樣表面,經規定保持時間后卸除試驗力,測量試樣表面的壓痕直徑(L)。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS(鋼球)表示,單位為N/mm2(MPa)。
其計算公式為:
式中:F--壓入金屬試樣表面的試驗力,N; D--試驗用鋼球直徑,mm; d--壓痕平均直徑,mm。
測定布氏硬度較準確可靠,但一般HBS只適用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料,對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中,布氏硬度用途廣,往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度,既直觀,又方便。
舉例:120HBS10/1000/30:表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf(9.807KN)試驗力作用下,保持30s(秒)測得的布氏硬度值為120N/ mm2(MPa)。
鉆桿(Drill pipe):
鉆孔工具中連接鉆頭、用以傳遞動力的桿件。 鉆柱通常的組成部分有:鉆頭、鉆鋌、鉆桿、穩定器、專用接頭及方鉆桿。鉆桿的基本作用是:(1)起下鉆頭;(2)施加鉆壓;(3)傳遞動力;(4)輸送鉆井液;(5)進行特殊作業:擠水泥、處理井下事故等。
鉆鋌(drill collar):
處在鉆柱的下部,是下部鉆具組合的主要組成部分。其主要特點是壁厚大(一般為38~53mm,相當于鉆桿壁厚的4~6倍),具有較大的重力和剛度,它在鉆井過程中主要起以下幾方面的作用:
(1)給鉆頭施加鉆壓;
(2)保證壓縮條件下的必要強度;
(3)減輕鉆頭的振動、擺動、和跳動等,使鉆頭工作平穩;
(4)控制井斜。
鉆鋌有許多不同的形狀,如圓的、方的、三角形和螺旋形的。常用的是圓形(平滑的)鉆鋌和螺旋形鉆鋌兩種。
套管(casing pipe):
套在另一部件上的管子
斷面為環形,用于保護其他設備的各種材質的圓管,多為鐵,鋼質。
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