加工耐腐蚀金属

纵观现代历史，世界能源需求急剧增加;今天，能源消耗大约是200年前的25倍。

根据最近的人口统计研究，到2050年，全球人口预计将达到90亿，这意味着比目前的人口水平大约高出25%。国际能源机构(IEA)估计，到2035年，每年平均1.6万亿美元的投资将达到前所未有的水平，以满足能源需求。

对研发和制造技术的大量投资对于保持长期竞争优势至关重要。

勘探和生产公司，即E&P公司，受到国际政府持续需求的驱动，非常关注深水和超深水油藏的勘探。这些深水和超深水项目继续将技术推向边缘。潜在的投资者和跨国能源公司将在上游部门进行长期投资。

深水是当今最重要、最具挑战性的勘探和生产前沿领域之一，为显著增加全球已探明石油储量提供了独特的机会。随着勘探范围扩大到更深的水域，技术和经济上的挑战越来越大，其中许多是前沿地区，当地支持基础设施很少。

越来越深的海洋意味着前所未有的技术挑战。在这种恶劣环境中所涉及的设备必须使用最先进的技术和先进的工程来精心设计。

毫无疑问，石油和天然气工业每天都在以无数的方式影响着我们的生活。它们为我们的汽车提供燃料，为我们的家取暖，为我们做饭。石油和天然气工业为全球69亿人口提供了60%的日常能源需求。另外40%来自煤炭、核能和水力发电;风能、太阳能和潮汐能等可再生能源;以及木柴等生物质产品。全球能源需求持续增长，特别是在中国和印度等发展中国家，因为石油和天然气行业继续寻找新的能源。

石油和天然气越来越多地出现在具有挑战性的地区，如深海、北极地区和世界上有政治挑战的地区。

为了满足全球快速增长的能源需求，各国政府正在批准越来越多的深海钻探许可。勘探和生产公司预计海上活动将强劲增长，而油气深水勘探和开采预计将达到前所未有的速度。

目前，深海地对地项目一般在1500 - 2000米深度，而在7000米深度的钻井数量也在不断增加。在这样的深度，恶劣的环境需要特殊的设备和奇异的材料来满足严格的安全规定，这需要巨大的投资。

特殊材料的使用

伊斯卡切削工具工程师表示，在深水环境中，对不锈钢、双相和超双相钢、INCONEL®合金和钛等奇异材料的需求不断增长。由于这些奇异而昂贵的材料在大多数酸碱性溶液和含氯环境中具有机械和耐腐蚀的特性，因此在海上工程中被广泛使用。

然而，对于金属切削工具供应商，这些非标准材料通常被分类为耐高温合金。通常，中碳钢比耐热合金更容易切割。

在优化切削条件和选择正确的工装技术时，重要的是要考虑工件的材料性能和它们如何影响加工。在选择合适的切削条件和刀具之前，需要评估的四个主要性能是:

• 1.抗拉强度。
• 2.硬度。
• 3.延性。
• 4.热导率。

为了符合深水项目中的严格安全和环境法规，E＆P公司将选择适合承受高压和温度耐受腐蚀性环境的材料。

例如，INCONEL 718由于其优异的耐腐蚀性能，在上游勘探领域的公司中非常受欢迎。这种镍基高温合金的奥氏体组织也提供了高的拉伸和屈服强度。

然而，在INCONEL 718的加工中，必须解决一些主要问题。例如，由于材料成分中的磨料元素(镍含量为50 - 55%，铬含量为17 - 21%)，刀片的切削边缘温度非常高，导致高磨损率、切屑、缺口和刀片断裂。

此外，INCONEL 718在切削过程中对残余应力的冶金敏感性和自硬化可能导致切削刃的高变形，即使在较低的切削速度下，也会大幅降低刀具的预期寿命。

新等级，涂料和后涂层处理提供了显着提高的工具寿命和更好的可靠性。

加工高温合金不仅是选择右基材和涂层的问题;它还意味着选择正确的切削工具和几何形状。

例如，inconelcladler油管悬挂器——一种用于油气生产井完井的组件图1)．相对较薄的Inconel层焊接到该部件的内壁上，并且必须用碳化物切削刀具加工。这种粗糙的钻孔过程涉及临界加工设置，包括长工具悬垂;不稳定的材料库存删除;和中断切割。

这些缺点可能导致喋喋不休，因此对碳化物刀具的较差。结果，Inconel包层加工操作成为制造过程中的瓶颈，最终导致高制造费用。

对于这种应用，应该使用专门为加工高温合金设计的镶件。

这些刀片最重要的特点之一是缺乏半径。它的45度接近角减少了缺口磨损，并允许提高切削速度和进刀量，同时实现长刀具寿命(见图2)．

还应该使用由微小边缘准备来加强的锋利切削刃。

然而，涂层和刀片的几何形状都不能保证高温合金加工的效率，因为良好的芯片控制很难实现。

高温合金在被切割时产生非常高的温度。当使用冷却剂去除热量时，芯片的延展性降低，因而更容易断裂。在加工高温合金时，必须使用通轴和通刀冷却液。

今天的标准数控机床通常配备传统的冷却剂系统，以低压提供冷却剂。但是，当高温合金被加工时，产生的热速率超过了冷却剂的沸点，它会变成蒸汽，阻止冷却剂到达已加工的切割区域。这将导致切削刃产生热冲击，最终降低刀片的使用寿命。

为了克服这一热力学障碍，高压冷却剂系统对冷却剂加压，并通过小型出口喷嘴输送足够的液体量。在大气压下，流过喷管的冷却剂可以达到很高的速度。因此，在切屑上产生相当大的力，降低温度并保护切削刃免受热冲击，确保更好的硬质合金刀片刀具寿命和零件表面光洁度。

有了这种高压冷却工具系统，更小的芯片也可以很容易地管理——它们不会缠在工件或机器部件上，所以没有必要经常停止加工。这一附加功能提高了生产率，降低了制造成本。

钻井

一个申请，其中E＆P公司必须评估制造效率正在钻探。

为了满足通过加工这些异国情调的材料创造的挑战，并保持经济的生产力，E＆P公司需要使用适用于能够承受深水敌对环境的加工金属的创新和先进的切削工具。

ISCAR的一个示例是SUMOGUN，带有可转位钻头的枪支，具有两个有效的切削刃。无需去除头部索引的钻头，并且最终用户可以采用适合于材料和应用的不同钻孔头几何形状。

为了达到充分的效果，钻头需要提供高进给量、高钻速、高精度和表面光洁度。

为了加工油气深钻孔的深层腔，钻头必须是可靠的工具，可确保刚性，可重复性，准确性和最佳工具寿命性能。

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