本發(fā)明涉及一種管體的熱處理工藝,尤其是一種制造具有較高機(jī)械性能的鉆桿管體的淬火、回火工藝,使其能達(dá)到V150鋼級的標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù):
石油鉆桿是油田鉆井的主要工具,結(jié)構(gòu)中包括鉆桿管體和鉆桿管體兩端的鉆桿接頭。在油氣的開采和提煉過程中,要求鉆桿管體必須能夠承受巨大的內(nèi)外壓、扭曲、彎曲和振動。
隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展,越來越多的深井、超深井被開發(fā),這對鉆桿就提出了越來越高的要求。目前API系列鉆桿中強(qiáng)度最高的是S135鋼級,但隨著鉆井深度的增加,對鉆桿的強(qiáng)度要求也在不斷增加,S135鋼級的鉆桿已經(jīng)無法滿足部分深井的要求。
國外鉆桿行業(yè)提出了V150鋼級這一鉆桿行業(yè)新鋼級的標(biāo)準(zhǔn)。V150鋼級鉆桿對原材料和熱處理能力均提出了更高的要求。目前國內(nèi)公開的熱處理工藝,很難達(dá)到V150鋼級鉆桿的技術(shù)要求,尤其是熱處理后的鉆桿管體的拉伸性能不能滿足要求,相關(guān)的熱處理工藝國外也未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可靠的、便于操作的制造符合V150鋼級的鉆桿管體的熱處理工藝。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括淬火、回火,用于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,余量為Fe,單位為質(zhì)量百分比,按如下步驟和工藝參數(shù)進(jìn)行操作:
①淬火
a、將鉆桿管體輸送到升溫至880℃-930℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi),保溫40-60分鐘,
b、鉆桿管體出爐后,15秒鐘內(nèi)進(jìn)入10℃-30℃的淬火液,淬火時間不少于30秒;
②回火
將鉆桿管體輸送到升溫至560℃-590℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi),保溫60-85分鐘,再將鉆桿管體出爐,自然冷卻至室溫。
進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
淬火后的鉆桿管體在四小時內(nèi)進(jìn)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(diào)節(jié)。
淬火步驟①中所述的鉆桿管體在淬火液中進(jìn)行自轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)速率為70-100轉(zhuǎn)/分鐘。
按照步驟①和步驟②處理鉆桿管體不多于200支后,做1次加厚端和鉆桿管體的機(jī)械性能試驗,試驗項目為抗拉強(qiáng)度和沖擊功,合格后,入庫。本步驟是為了加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控。所述的沖擊功試驗不合格的鉆桿管體重新按照步驟①和②進(jìn)行淬火、回火熱處理,重新淬火、回火熱處理的次數(shù)不超過三次。
所述的沖擊功試驗合格時,抗拉強(qiáng)度偏高的鉆桿管體重新按照步驟②進(jìn)行回火,回火次數(shù)不超過三次,抗拉強(qiáng)度偏低的鉆桿管體重新按照步驟①和②進(jìn)行淬火、回火熱處理,重新淬火、回火熱處理次數(shù)不超過三次。
采用本發(fā)明對上述鋼種的鉆桿管體進(jìn)行熱處理后,鉆桿管體的沖擊功性能 好,與V150鋼級標(biāo)準(zhǔn)值的54J相比,超出30%以上;而且熱處理后的鉆桿管體的強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)指標(biāo)均達(dá)到V150鋼級的要求,填補(bǔ)了國內(nèi)外的空白;本發(fā)明設(shè)置的熱處理步驟簡單,工藝參數(shù)合理,處理合格率達(dá)98%以上。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
采用某公司的鉆桿管體,其化學(xué)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,余量為Fe,單位為質(zhì)量百分比。按照下列步驟進(jìn)行熱處理:
①淬火
a、將鉆桿管體輸送到升溫至910℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi),保溫60分鐘;
b、鉆桿管體出爐后,15秒鐘內(nèi)進(jìn)入23℃的淬火液,淬火液為自來水,并以88轉(zhuǎn)/分鐘的速率進(jìn)行自轉(zhuǎn),淬火時間40秒,其中淬火液的溫度通過冷卻塔調(diào)節(jié),鉆桿管體以一定速率自轉(zhuǎn)是為了快速、均勻淬火,形成細(xì)小、均勻的晶粒組織。
②回火
淬火1小時內(nèi),將鉆桿管體輸送到升溫至575℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi),保溫70分鐘;再將鉆桿管體出爐,自然冷卻至室溫。經(jīng)以上熱處理步驟,鉆桿管體的機(jī)械性能如下:
屈服強(qiáng)度 1090MPa
抗拉強(qiáng)度 1180MPa
延伸率 22.0%
夏比沖擊功(21℃)縱向99J。
上述鉆桿管體的機(jī)械性能符合下述V150鋼級技術(shù)要求:
屈服強(qiáng)度 1034-1138MPa
抗拉強(qiáng)度≥1103MPa
延伸率≥13.0%
夏比沖擊功(21℃)縱向≥54J。
經(jīng)本發(fā)明的鉆桿管體的熱處理工藝處理后的管體的金相組織,晶粒細(xì)小均勻,加厚端內(nèi)外壁均為10級,管體內(nèi)壁9級、外壁9.5級,為鉆桿管體的抗拉、抗疲勞等方面的性能提供了保證。
按照上述步驟淬火、回火熱處理鉆桿管體100支后,做1次加厚端和鉆桿管體的機(jī)械性能試驗作為質(zhì)量監(jiān)控,試驗項目為抗拉強(qiáng)度和沖擊功。兩項試驗結(jié)果均符合V150鋼級的技術(shù)要求,將上述處理的100支鉆桿管體入庫。
若沖擊功試驗不合格的鉆桿管體重新按照步驟①和②進(jìn)行淬火、回火熱處理,重新淬火、回火熱處理的次數(shù)不超過三次。
當(dāng)沖擊功試驗合格時,抗拉強(qiáng)度偏高的鉆桿管體重新按照步驟②進(jìn)行回火,回火次數(shù)不超過三次,抗拉強(qiáng)度偏低的鉆桿管體重新按照步驟①和②進(jìn)行淬火、回火熱處理,重新淬火、回火熱處理次數(shù)不超過三次。