鑽杆管體的熱處理工藝的製作方法

2023-12-09 20:57:36 1

本發明涉及一種管體的熱處理工藝，尤其是一種製造具有較高機械性能的鑽杆管體的淬火、回火工藝，使其能達到V150鋼級的標準。

背景技術：

石油鑽杆是油田鑽井的主要工具，結構中包括鑽杆管體和鑽杆管體兩端的鑽杆接頭。在油氣的開採和提煉過程中，要求鑽杆管體必須能夠承受巨大的內外壓、扭曲、彎曲和振動。

隨著石油行業的不斷發展，越來越多的深井、超深井被開發，這對鑽杆就提出了越來越高的要求。目前API系列鑽杆中強度最高的是S135鋼級，但隨著鑽井深度的增加，對鑽杆的強度要求也在不斷增加，S135鋼級的鑽杆已經無法滿足部分深井的要求。

國外鑽杆行業提出了V150鋼級這一鑽杆行業新鋼級的標準。V150鋼級鑽杆對原材料和熱處理能力均提出了更高的要求。目前國內公開的熱處理工藝，很難達到V150鋼級鑽杆的技術要求，尤其是熱處理後的鑽杆管體的拉伸性能不能滿足要求，相關的熱處理工藝國外也未見報導。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種可靠的、便於操作的製造符合V150鋼級的鑽杆管體的熱處理工藝。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案包括淬火、回火，用於熱處理工藝的鋼種成分及含量為，C：0.24-0.30，Cr：0.85-1.20，Mo：0.50-0.75，V：0-0.05，Si：0.10-0.40，Mn：0.60-1.00，Cu：0-0.05，S：≤0.015，P：≤0.020，餘量為Fe，單位為質量百分比，按如下步驟和工藝參數進行操作：

①淬火

a、將鑽杆管體輸送到升溫至880℃-930℃的步進式淬火爐內，保溫40-60分鐘，

b、鑽杆管體出爐後，15秒鐘內進入10℃-30℃的淬火液，淬火時間不少於30秒；

②回火

將鑽杆管體輸送到升溫至560℃-590℃的步進式回火爐內，保溫60-85分鐘，再將鑽杆管體出爐，自然冷卻至室溫。

進一步的改進在於：

淬火後的鑽杆管體在四小時內進行回火。

所述的淬火液為自來水，淬火液的溫度通過冷卻塔調節。

淬火步驟①中所述的鑽杆管體在淬火液中進行自轉，自轉速率為70-100轉/分鐘。

按照步驟①和步驟②處理鑽杆管體不多於200支後，做1次加厚端和鑽杆管體的機械性能試驗，試驗項目為抗拉強度和衝擊功，合格後，入庫。本步驟是為了加強質量監控。所述的衝擊功試驗不合格的鑽杆管體重新按照步驟①和②進行淬火、回火熱處理，重新淬火、回火熱處理的次數不超過三次。

所述的衝擊功試驗合格時，抗拉強度偏高的鑽杆管體重新按照步驟②進行回火，回火次數不超過三次，抗拉強度偏低的鑽杆管體重新按照步驟①和②進行淬火、回火熱處理，重新淬火、回火熱處理次數不超過三次。

採用本發明對上述鋼種的鑽杆管體進行熱處理後，鑽杆管體的衝擊功性能好，與V150鋼級標準值的54J相比，超出30％以上；而且熱處理後的鑽杆管體的強度、延伸率等力學指標均達到V150鋼級的要求，填補了國內外的空白；本發明設置的熱處理步驟簡單，工藝參數合理，處理合格率達98％以上。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對發明作進一步詳細的說明。

採用某公司的鑽杆管體，其化學成分為，C：0.26，Cr：0.98，Mo：0.64，V：0.005，Si：0.22，Mn：0.75，Cu：0.03，S：0.001，P：0.008，餘量為Fe，單位為質量百分比。按照下列步驟進行熱處理：

①淬火

a、將鑽杆管體輸送到升溫至910℃的步進式淬火爐內，保溫60分鐘；

b、鑽杆管體出爐後，15秒鐘內進入23℃的淬火液，淬火液為自來水，並以88轉/分鐘的速率進行自轉，淬火時間40秒，其中淬火液的溫度通過冷卻塔調節，鑽杆管體以一定速率自轉是為了快速、均勻淬火，形成細小、均勻的晶粒組織。

②回火

淬火1小時內，將鑽杆管體輸送到升溫至575℃的步進式回火爐內，保溫70分鐘；再將鑽杆管體出爐，自然冷卻至室溫。經以上熱處理步驟，鑽杆管體的機械性能如下：

屈服強度 1090MPa

抗拉強度 1180MPa

延伸率 22.0％

夏比衝擊功(21℃)縱向 99J。

上述鑽杆管體的機械性能符合下述V150鋼級技術要求：

屈服強度 1034-1138MPa

抗拉強度≥1103MPa

延伸率≥13.0％

夏比衝擊功(21℃)縱向≥54J。

經本發明的鑽杆管體的熱處理工藝處理後的管體的金相組織，晶粒細小均勻，加厚端內外壁均為10級，管體內壁9級、外壁9.5級，為鑽杆管體的抗拉、抗疲勞等方面的性能提供了保證。

按照上述步驟淬火、回火熱處理鑽杆管體100支後，做1次加厚端和鑽杆管體的機械性能試驗作為質量監控，試驗項目為抗拉強度和衝擊功。兩項試驗結果均符合V150鋼級的技術要求，將上述處理的100支鑽杆管體入庫。

若衝擊功試驗不合格的鑽杆管體重新按照步驟①和②進行淬火、回火熱處理，重新淬火、回火熱處理的次數不超過三次。

當衝擊功試驗合格時，抗拉強度偏高的鑽杆管體重新按照步驟②進行回火，回火次數不超過三次，抗拉強度偏低的鑽杆管體重新按照步驟①和②進行淬火、回火熱處理，重新淬火、回火熱處理次數不超過三次。