CN101781702A - 钻杆管体的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻杆管体的热处理工艺，包括淬火、回火热处理，按如下步骤和工艺参数进行操作：①淬火，a、将钻杆管体输送到升温至880℃-930℃的步进式淬火炉内，保温40-60分钟，b、钻杆管体出炉后，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒，②回火，将钻杆管体输送到升温至560℃-590℃的步进式回火炉内，保温60-85分钟，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。采用本发明，钻杆的冲击功性能好，比V150钢级标准值超出30％以上；热处理后的钻杆管体的强度、延伸率等力学指标达到V150钢级的要求，合格率达98％以上；且本发明的热处理操作步骤、工艺参数合理。

Description

钻杆管体的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种管体的热处理工艺，尤其是一种制造具有较高机械性能的钻杆管体的淬火、回火工艺，使其能达到V150钢级的标准。
背景技术
石油钻杆是油田钻井的主要工具，结构中包括钻杆管体和钻杆管体两端的钻杆接头。在油气的开采和提炼过程中，要求钻杆管体必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。
随着石油行业的不断发展，越来越多的深井、超深井被开发，这对钻杆就提出了越来越高的要求。目前API系列钻杆中强度最高的是S135钢级，但随着钻井深度的增加，对钻杆的强度要求也在不断增加，S135钢级的钻杆已经无法满足部分深井的要求。
国外钻杆行业提出了V150钢级这一钻杆行业新钢级的标准。V150钢级钻杆对原材料和热处理能力均提出了更高的要求。目前国内公开的热处理工艺，很难达到V150钢级钻杆的技术要求，尤其是热处理后的钻杆管体的拉伸性能不能满足要求，相关的热处理工艺国外也未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可靠的、便于操作的制造符合V150钢级的钻杆管体的热处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案包括淬火、回火，用于热处理工艺的钢种成分及含量为，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，余量为Fe，单位为质量百分比，按如下步骤和工艺参数进行操作：
①淬火
a、将钻杆管体输送到升温至880℃-930℃的步进式淬火炉内，保温40-60分钟，
b、钻杆管体出炉后，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒，
②回火
将钻杆管体输送到升温至560℃-590℃的步进式回火炉内，保温60-85分钟，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
进一步的改进在于：
淬火后的钻杆管体在四小时内进行回火。
所述的淬火液为自来水，淬火液的温度通过冷却塔调节。
淬火步骤①中所述的钻杆管体在淬火液中进行自转，自转速率为70-100转/分钟。
按照步骤①和步骤②处理钻杆管体不多于200支后，做1次加厚端和钻杆管体的机械性能试验，试验项目为抗拉强度和冲击功，合格后，入库。本步骤是为了加强质量监控。
所述的冲击功试验不合格的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理的次数不超过三次。
所述的冲击功试验合格时，抗拉强度偏高的钻杆管体重新按照步骤②进行回火，回火次数不超过三次，抗拉强度偏低的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理次数不超过三次。
采用本发明对上述钢种的钻杆管体进行热处理后，钻杆管体的冲击功性能好，与V150钢级标准值的54J相比，超出30％以上；而且热处理后的钻杆管体的强度、延伸率等力学指标均达到V150钢级的要求，填补了国内外的空白；本发明设置的热处理步骤简单，工艺参数合理，处理合格率达98％以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
实施例1
采用某公司的钻杆管体，其化学成分为，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，余量为Fe，单位为质量百分比。按照下列步骤进行热处理：
①淬火
a、将钻杆管体输送到升温至910℃的步进式淬火炉内，保温60分钟；
b、钻杆管体出炉后，15秒钟内进入23℃的淬火液，淬火液为自来水，并以88转/分钟的速率进行自转，淬火时间40秒，其中淬火液的温度通过冷却塔调节，钻杆管体以一定速率自转是为了快速、均匀淬火，形成细小、均匀的晶粒组织。
②回火
淬火1小时内，将钻杆管体输送到升温至575℃的步进式回火炉内，保温70分钟；再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
经以上热处理步骤，钻杆管体的机械性能如下：
屈服强度    1090MPa
抗拉强度    1180MPa
延伸率    22.0％
夏比冲击功(21℃)纵向    99J。
上述钻杆管体的机械性能符合下述V150钢级技术要求：
屈服强度    1034-1138MPa
抗拉强度    ≥1103MPa
延伸率    ≥13.0％
夏比冲击功(21℃)纵向    ≥54J。
经本发明的钻杆管体的热处理工艺处理后的管体的金相组织，晶粒细小均匀，加厚端内外壁均为10级，管体内壁9级、外壁9.5级，为钻杆管体的抗拉、抗疲劳等方面的性能提供了保证。
按照上述步骤淬火、回火热处理钻杆管体100支后，做1次加厚端和钻杆管体的机械性能试验作为质量监控，试验项目为抗拉强度和冲击功。两项试验结果均符合V150钢级的技术要求，将上述处理的100支钻杆管体入库。
若冲击功试验不合格的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理的次数不超过三次。
当冲击功试验合格时，抗拉强度偏高的钻杆管体重新按照步骤②进行回火，回火次数不超过三次，抗拉强度偏低的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理次数不超过三次。
实施例2
采用某公司的钻杆管体，其化学成分为：C：0.26，Cr：0.97，Mo：0.70，V：0.004，Si：0.21，Mn：0.74，Cu：0.03，S：0.001，P：0.008，余量为Fe，单位为质量百分比。
①淬火
a、将钻杆管体输送到升温至930℃的步进式淬火炉内，保温50分钟；
b、钻杆管体出炉后15秒钟内进入30℃的淬火液，淬火液为水，并以100转/分钟的速率进行自转，淬火时间35秒。
②回火
淬火3小时内，将钻杆管体输送到升温至590℃的步进式回火炉内，保温60分钟；再将钻杆管体出炉，空冷至室温。
经以上热处理步骤，钻杆管体的机械性能如下：
屈服强度  1040MPa
抗拉强度  1110MPa
延伸率  19.0％
夏比冲击功(21℃)纵向单组103J、106J、101J，平均为103J。
上述钻杆管体的机械性能符合下述V150钢级技术要求。
经本发明的钻杆管体的热处理工艺处理后的管体的金相组织，加厚端内外壁均为9.5级，管体内外壁均为9级。
按照上述淬火、回火热处理钻杆管体200支后，做1次加厚端和钻杆管体的机械性能试验作为质量监控，试验项目为抗拉强度和冲击功。两项试验结果均符合V150钢级的技术要求，将上述处理的200支钻杆管体入库。
实施例3
采用某公司的钻杆管体，其化学成分为：C：0.26，Cr：0.94，Mo：0.60，V：0.004，Si：0.22，Mn：0.75，Cu：0.03，S：0.001，P：0.008，其余为Fe，
单位为质量百分比。
①淬火
a、将钻杆管体输送到升温至880℃的步进式淬火炉内，保温40分钟；
b、钻杆管体出炉后15秒钟内进入12℃的淬火液，淬火液为自来水，并以70转/分钟的速率进行自转，淬火时间60秒。
②回火
淬火4小时内，将钻杆管体输送到升温至560℃的步进式回火炉内，保温85分钟；再将钻杆管体出炉，空冷至室温。
经以上热处理步骤，钻杆管体的机械性能如下：
屈服强度  1060MPa
抗拉强度  1130MPa
延伸率  22.0％
夏比冲击功(21℃)纵向单组107J、108J、120J，平均为112J。
上述钻杆管体的机械性能符合下述V150钢级技术要求。
经本发明的钻杆管体的热处理工艺处理后的管体的金相组织，加厚端内外壁均为9.5级，管体内外壁均为9级。

Claims (7)

1.一种钻杆管体的热处理工艺，包括淬火、回火，用于热处理工艺的钢种成分及含量为，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，余量为Fe，单位为质量百分比，其特征在于，按如下步骤和工艺参数进行操作：
①淬火
a、将钻杆管体输送到升温至880℃-930℃的步进式淬火炉内，保温40-60分钟，
b、钻杆管体出炉后，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒，
②回火
将钻杆管体输送到升温至560℃-590℃的步进式回火炉内，保温60-85分钟，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于淬火后的钻杆管体在四小时内进行回火。
3.根据权利要求1所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于所述的淬火液为自来水，淬火液的温度通过冷却塔调节。
4.根据权利要求1所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于淬火步骤①中所述的钻杆管体在淬火液中进行自转，自转速率为70-100转/分钟。
5.根据权利要求1所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于按照步骤①和步骤②处理钻杆管体不多于200支后，做1次加厚端和钻杆管体的机械性能试验，试验项目为抗拉强度和冲击功，合格后，入库。
6.根据权利要求5所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于所述的冲击功试验不合格的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理的次数不超过三次。
7.根据权利要求5所述的钻杆管体的热处理工艺，其特征在于所述的冲击功试验合格时，抗拉强度偏高的钻杆管体重新按照步骤②进行回火，回火次数不超过三次，抗拉强度偏低的钻杆管体重新按照步骤①和②进行淬火、回火热处理，重新淬火、回火热处理次数不超过三次。
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