石油およびガスグレードのチタン合金部品の精密機械加工の主な要件は何ですか?

スチール製ドリルツールは疲労性と耐食性が低いため、腐食性の使用条件下では高いリスクが生じ、防食コストが高くなります。チタン合金短半径の広範囲の井戸、深海、超深度、および非在来型の石油ガス開発に適しています。

 

 

1. ダウンホール石油ガス材料に対する 5 つの主要な要件

高い強度-靱性と耐疲労性、マルチメディア耐食性、高温微細構造の安定性、優れた機械加工性、API 管状製品規格への準拠。

 

2. チタン合金の材質選定

グループ5:バランスの取れた総合特性を有し、従来の深井戸ドリルパイプ、ハウジング、一般ジョイントに適用されます。

Gr5 ELI:靭性が向上し、高信頼性の動的部品に適しています。

TC11:耐熱性に優れ、中高温の深井戸ツール、耐圧マンドレル、ジョイントなどに使用されます。

TC18:高強度チタン合金でねじれに強く、重負荷のアプセットジョイントに適していますが、機械加工は困難です。

G7/G11:隙間腐食に耐性があり、深海の静的パイプラインやシールジョイントに適しています。

グループ2:延性は良いが強度は低く、低圧非耐荷重防食部品に使用されます。

材料選択の原則:厳しい腐食条件に耐える耐食性チタン合金を採用。疲労しやすいサービス向けの Gr5 ELI。高温環境用の TC11。重荷重および耐ねじれ用途向けの高強度チタン合金。

 

3. ビレットスキーム

ドリルパイプ本体にはシームレス押出チタンチューブを採用。型鍛造ビレットは、ねじ付きショルダーセクションやアプセットセクションなどの重要な耐荷重位置に使用されます。チューブ本体と継手を一体的に形成するために摩擦溶接が優先され、溶接欠陥を減らし疲労寿命を向上させます。

 

 

• 熱伝導率が低いと刃先に熱が集中し、工具の摩耗が早くなります。ワーク表層部は酸化脆化が起こりやすく疲労強度が低下します。
• 高温での高い化学活性により、刃先と工具の付着が蓄積され、その結果、寸法が不安定になり、表面に傷がつき、ねじ山の輪郭が損傷します。
• 弾性率が低いためスプリングバック効果が大きく、加工時の工具のたわみが発生します。ねじ山やボーリング穴の寸法を制御するのは困難です。
• 加工硬化を受けやすい。硬化層により工具の消耗が加速されます。不適切な切断は、表面下に微小な亀裂を引き起こす可能性があります。
• BHDX などのドリル製造の部分台形ねじの複雑な形状は、ショルダー シーリングに依存しています。歯形、テーパー、ピッチ、表面品質には厳しい要件が課されます。糸のかじりは接続不良の原因となります。

 

 

1. ビレットの荒加工

均質化焼鈍は、残留応力を軽減するために鍛造品とチューブブランクに実行されます。均一な加工代は荒加工用に確保されています。高圧冷却と低速切削を採用し、熱焼けを防止します。粗加工後に二次歪取り焼鈍を行います。

 

2. 外周とシール面の仕上げ旋削

TiAlNコーティング超硬バイトを採用。適度な送り速度と複合冷却を使用して、低い切削速度を適用します。長尺物や薄肉ワークにはセンターレストを使用して振動を抑え、クランプ力をコントロールします。シール面の表面粗さはRa0.8μm以下とする。軽い研磨のみが許可されます。

 

3. 精密ねじ加工

機械加工 - 溶体化時効処理後のチタン合金。仕上げ機械+焼きなまし状態のチタン合金。高圧冷却による積層旋削には成形工具を使用します。加工後に窒化処理または固体膜潤滑を施し、耐かじり性を向上させます。

 

4. 小径・深穴加工

切りくず排出のために高圧内部冷却を備えたガンドリル加工とヘリカルミーリングを採用します。寸法調整にはボーリング加工とリーマ加工を使用します。バリ取りは丁寧に行い、高温での研削は禁止してください。

 

5. 熱処理

グレード 5 チタン合金の従来の焼鈍。高強度使用条件に対応するため、荒加工後に溶体化時効処理を施します。 TC18高強度チタンの場合：溶体化処理後、水焼入れ→ねじ山とシール面の旋削仕上げ→低温時効処理。酸化や水素の吸収を避けるために、真空または高純度アルゴンによるシールドが必要です。

 

6. 表面かじり防止処理

オプションのプロセス: 低温窒化、DLC コーティング、および乾膜潤滑。マトリックスの脆化を防ぐために加工温度を制御します。

 

7. 非破壊検査

鋼製ドリルパイプ規格は直接適用してはならない。チューブ本体の超音波検査 (UT)。ねじの谷底および肩フィレットの浸透探傷試験 (PT) または渦電流試験。摩擦溶接継手のフェーズドアレイ超音波検査。

 

 

1.仕上げ加工における寸法ずれについて

残留応力の解放が原因。解決策: 応力除去手順を追加し、荒加工での切り込み深さを減らし、鍛造ビレットの均質化処理を実装します。

 

2.糸かじり、歯面傷

高温で蓄積されたエッジと不十分な表面保護が原因で発生します。解決策: 冷却条件を最適化し、積層旋削加工を採用し、かじり防止コーティングを適用します。

 

3.表相脆性酸化物層

過剰な切削温度と熱処理中の不適切な保護によって引き起こされます。解決策: 刃先温度を厳密に管理し、空切りを避け、真空熱処理を採用します。

 

4.工具コストが高く、加工効率が低い

チタン合金は高い切削速度で加工することができません。解決策: ツールの形状と冷却システムを最適化します。超音波アシストまたは極低温ハイブリッド切断を採用して、表面品質と加工安定性のバランスをとります。

 

 

瑞航はチタン製品の直接メーカーとして、精密部品の生産に最適な品質の原材料を供給します。

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