麻文昌(寶雞住金石油鋼管有限公司， 陜西 寶雞 721008)

提高接箍錳系磷化質(zhì)量的工藝研究

麻文昌(寶雞住金石油鋼管有限公司， 陜西 寶雞 721008)

通過(guò)對(duì)錳系磷化工藝的生產(chǎn)流程進(jìn)行介紹，分析了影響磷化質(zhì)量的主要因素，提出了解決的主要措施。在生產(chǎn)實(shí)際中，采用錳鹽磷化工藝，可以得到厚且均勻的磷化膜，在接箍抗粘扣性能方面優(yōu)勢(shì)明顯。

接箍；磷化膜；抗粘扣性

1 前言

石油套管接箍作為連接套管的必需品，在與套管在上卸扣擰接過(guò)程中，需要在接箍?jī)?nèi)螺紋表面進(jìn)行磷化處理，以防止接箍?jī)?nèi)螺紋表面與套管外螺紋表面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。OCTG工廠(chǎng)為了保證得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的接箍磷化膜，自08年開(kāi)始選用錳系磷化工藝，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，磷化膜質(zhì)量及其抗粘扣性能得到了保證。

2 接箍錳鹽磷化工藝簡(jiǎn)介

OCTG工廠(chǎng)選用的接箍磷化處理工藝流程見(jiàn)表1。

表1 OCTG工廠(chǎng)接箍錳鹽磷化工藝流程

3 影響接箍磷化質(zhì)量的主要原因分析及對(duì)策

3.1 預(yù)處理對(duì)磷化質(zhì)量的影響及對(duì)策

接箍半成品在經(jīng)過(guò)車(chē)絲、濕磁檢驗(yàn)后，螺紋表面會(huì)殘留有一部分切削液以及少量的螺紋檢驗(yàn)過(guò)程中存在的潤(rùn)滑油，由于清洗不干凈而帶入到磷化槽液中，造成磷化液的污染，此外，磷化槽液中的油污對(duì)測(cè)定總酸點(diǎn)、游離酸點(diǎn)的影響很大，容易造成測(cè)量誤差，油污對(duì)磷化質(zhì)量的影響見(jiàn)表2。

表2 切削液油污對(duì)磷化質(zhì)量的影響

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，提高預(yù)處理質(zhì)量的措施為：在磷化工序前增設(shè)接箍清洗工位，對(duì)接箍螺紋表面殘留的油污進(jìn)行徹底清洗；在堿洗槽增設(shè)撇油設(shè)備，避免堿洗槽分離出的油污進(jìn)入到下一個(gè)工序。

3.2 溫度控制對(duì)磷化質(zhì)量影響及對(duì)策

磷化溫度是形成磷化膜的關(guān)鍵因素，溫度的差異直接影響磷化膜的質(zhì)量。溫度越高，磷酸二氫鹽的離解度大，成膜離子濃度相應(yīng)較高，磷化速度快，磷化膜就越厚，有利于磷化膜的形成。溫度越低，情況相反。一般情況下錳鹽磷化溫度建議為93℃以上，而溫度控制在95～98℃時(shí)，錳鹽磷化反應(yīng)迅速，成膜組織最為細(xì)秘、均勻。溫度對(duì)成膜質(zhì)量的影響見(jiàn)表3。

表3 溫度對(duì)磷化質(zhì)量的影響

磷化溫度控制一直是OCTG工廠(chǎng)的一個(gè)難題，當(dāng)新的一筐接箍進(jìn)入到磷化槽后的最初幾分鐘，磷化槽液溫度會(huì)迅速下降2℃，同時(shí)，原有加熱器的熱效率低，磷化槽液溫度很難上到95℃以上。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，選用新型加熱器，使得磷化槽的溫度得到了有效保障，溫度控制對(duì)比見(jiàn)圖1。

3.3 磷化液濃度控制對(duì)磷化質(zhì)量影響及對(duì)策

(1)總酸度?？偹岫仁欠从沉谆簼舛鹊囊豁?xiàng)指標(biāo)?？刂瓶偹岫鹊囊饬x在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內(nèi)?？偹岫冗^(guò)高，磷化膜結(jié)晶粗糙，磷化膜孔隙增大，表面易產(chǎn)生浮灰，磷化沉渣增加。總酸度過(guò)低，磷化速度緩慢，磷化膜生成困難，膜不夠致密，磷化膜薄，耐蝕性差?？偹岫扰c磷化膜厚的關(guān)系圖見(jiàn)圖2。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，工廠(chǎng)控制磷化槽液的總酸度控制范圍為50 ～60(Pt)， 目標(biāo)值為55Pt。

(2)游離酸度：游離酸度反映磷化液中游離H+的含量。控制游離酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度，把成膜離子濃度控制在一個(gè)必須的范圍。游離酸度過(guò)高過(guò)低均會(huì)產(chǎn)生不良影響。游離酸度過(guò)高，成膜時(shí)間延長(zhǎng)，磷化膜粗糙、多孔、疏松，易出現(xiàn)黃銹，沉渣多。游離酸度過(guò)低，槽液不穩(wěn)定，不易成膜，磷化膜薄，接箍表面掛灰。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，工廠(chǎng)控制游離酸度范圍為：6．0～10Pt，磷化膜質(zhì)量較好。

(3)酸比：酸比即指總酸度與游離酸度的比值。酸比越高，磷化膜越細(xì)、越薄，成膜速度快，磷化時(shí)間短，但是過(guò)高不容易成膜，產(chǎn)生白灰。酸比越小，磷化膜結(jié)晶粗大、疏松，成膜速度慢，磷化時(shí)間長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，工廠(chǎng)控制游離酸度范圍為：7～10Pt，磷化膜質(zhì)量較好。

(4)Fe2+離子濃度控制對(duì)磷化質(zhì)量影響及對(duì)策

保持一定的Fe2+離子能提高磷化膜厚度，提高耐腐性，當(dāng)Fe2+離子過(guò)高，磷化膜結(jié)晶粗大，易形成Fe3+離子而沉淀，防護(hù)性能低。過(guò)低，以不利于磷化膜生成。Fe2+離子與磷化膜厚的關(guān)系見(jiàn)圖3。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，控制Fe2+離子濃度的控制范圍為2～4．5g/L，當(dāng)Fe2+離子濃度低于2 g/L時(shí)，在槽液中添加還原鐵粉，根據(jù)生產(chǎn)量定期清理磷化成渣，確保Fe2+離子濃度不高于4．5 g/L 時(shí)。

(5)接箍原料對(duì)磷化質(zhì)量影響及對(duì)策

接箍原料中鎳含量對(duì)磷化成膜影響最大，OCTG工廠(chǎng)曾經(jīng)有一批接箍原料的鎳含量較高，磷化成膜困難，采取增加酸洗工序、提高磷化液濃度等措施，磷化膜有所提高，但是磷化膜顆粒不致密，磷化膜容易脫落，影響接箍擰接合格率。鎳元素對(duì)磷化質(zhì)量的影響見(jiàn)表4。

表4 接箍原料鎳含量對(duì)磷化質(zhì)量影響

針對(duì)鎳含量對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響，工廠(chǎng)在以后的原料采購(gòu)中，對(duì)鎳含量提出了具體要求，要求原料中鎳含量低于0．1%，解決了高鎳含量造成的磷化成膜困難問(wèn)題。

接箍上卸扣對(duì)磷化膜質(zhì)量的驗(yàn)證評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)上卸扣試驗(yàn)對(duì)比，薄而細(xì)、厚而粗的磷化膜都不利于上卸扣。經(jīng)過(guò)不斷地摸索試驗(yàn)，OCTG工廠(chǎng)結(jié)合設(shè)備狀態(tài)，總結(jié)了一套專(zhuān)用的的錳系磷化工工藝控制參數(shù)，按此方法生產(chǎn)的接箍磷化膜，在接箍上卸扣時(shí)磷化膜的抗粘扣性能較為優(yōu)良，見(jiàn)圖4。

4 結(jié)語(yǔ)

就錳系磷化工藝而言，影響磷化膜質(zhì)量的因素種類(lèi)較多，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)各個(gè)因素參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)不同原料制定不同的磷化工藝參數(shù)，以便于生產(chǎn)出優(yōu)良的接箍磷化膜。

OCTG工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)錳鹽磷化質(zhì)量跟蹤研究，并優(yōu)化磷化工藝參數(shù)，經(jīng)過(guò)上卸扣試驗(yàn)評(píng)價(jià)，逐步確定了適用于工廠(chǎng)設(shè)備的磷化控制工藝參數(shù)，接箍磷化質(zhì)量得到了保證，同時(shí)也提高了接箍擰緊合格率。

[1]胡夢(mèng)珍.金屬的磷化處理[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

麻文昌(1976- )，男，助理工程師，主要從事石油套管的加工工藝技術(shù)工作。