CN109759530A

CN109759530A - 一种用于油气开采的泵头体的生产工艺

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Publication number: CN109759530A
Application number: CN201910060423.5A
Authority: CN
Inventors: 宋鑫; 倪荣; 晋华忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2019-05-17

Abstract

本发明公开了一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，包括以下步骤：制备钢坯、锻造钢坯、锻件热处理，锻造钢坯包括以下步骤：选择钢坯，切除冒口；将剪切后的钢坯放入加热炉中，装炉温度不高于450℃，升高炉温，将炉温升高至900‑1180℃后保温3‑5小时，随后快速升温至锻造温度1200‑1250℃，保温8‑10小时出炉；将加热出炉后的钢坯放置在压机上进行镦粗或拔长；将镦粗或拔长后的钢坯进行二次加热；将步骤S4保温2‑5小时后的钢坯放在压机上锻压成符合目标尺寸的锻件。本发明解决了目前加工压裂泵泵头体时采用的锻造方法锻造出来的泵头体容易出现表面开裂的问题。

Description

一种用于油气开采的泵头体的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种泵头体生产工艺，具体涉及一种用于油气开采的泵头体的生产工艺。

背景技术

油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增强排油能力，提高油井产量，人们发明了压裂工艺技术。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类，水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。为防止泵车停止工作后，压力下降，裂缝又自行合拢，在地层破裂后的注入液体中，混入比地层密度大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，使油流环境长期得以改善。

压裂泵是压裂的主要设备，其中压裂泵泵头体是压裂泵的重要结构；目前，加工压裂泵泵头体时采用的传统锻造方法通常为快锻或自由锻，锻造温度难以保证，尺寸控制精度较差，容易出现表面开裂的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前，加工压裂泵泵头体时采用的锻造方法锻造温度难以保证，尺寸控制精度较差，加工出来的泵头体容易出现表面开裂的情况，目的在于提供一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，解决目前加工压裂泵泵头体时采用的锻造方法锻造出来的泵头体容易出现表面开裂的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，包括以下步骤：制备钢坯、锻造钢坯、锻件热处理，锻造钢坯包括以下步骤：

S1、选择钢坯，切除冒口；

S2、将剪切后的钢坯放入加热炉中，装炉温度不高于450℃，升高炉温，将炉温升高至900-1180℃后保温3-5小时，随后快速升温至锻造温度1200-1250℃，保温8-10小时出炉；

S3、将加热出炉后的钢坯放置在压机上进行镦粗或拔长，始锻温度为1180-1250℃，终锻温度为750℃-800℃，锻造比大于或等于3.5；

S4、将镦粗或拔长后的钢坯进行二次加热，加热至900-1080℃后保温2-5小时；

S5、将步骤S4保温2-5小时后的钢坯放在压机上锻压成符合目标尺寸的锻件。

本发明在锻造时，首先优选了钢坯，选择性能优越的原材料，在根本上解决了目前加工出来的泵头体质量差的问题；本发明对钢坯进行初次加热时，不是直接将钢坯快速加热至锻造温度，采用分段式的方式将钢坯加热至锻造温度，能够均匀热透，使锻件心部、表面各区域间的加热温度一致，避免因断面温度差产生温度应力，而导致锻件钢锭开裂；本发明在锻造过程中确定了每一段加热温度的温度范围值，每次加热后均有较长的时间进行保温，为钢坯提供了充足的时间稳定其温度，钢坯上不会出现较大的温差，解决了传统锻造方法中温度变化不稳定，温度难以控制的问题；本发明在锻件成型前对锻件进行二次加热，有利于提高锻件的成型效率。

步骤S1中冒口的切除量为钢坯总量的5％-30％。本发明限定了冒口的切除量，保证锻件材质纯净。

锻件热处理包括以下步骤：将锻压成型后的锻件进行退火处理，消除锻件组织应力、温度应力至锻件硬度小于或等于280公斤力/平方米。通常材料的硬度越高，韧性就越差，脆性就大，受到冲击力时就易碎，本发明通过热处理降低了锻件的硬度，能够有效提高锻件的韧性。

步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.07％、Si≤2.00％、Mn≤2.00％、14.00％≤Cr≤17.50％、2.00％≤Ni≤5.50％、2.50％≤Cu≤5.00％、P≤0.035％、S≤0.035％、H≤2.0PPM。采用分析了钢坯中的化学成分，优选出了各个化学成分的重量百分比，使得钢坯抗疲劳强度高，低温下耐冲击且韧性好。

步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.05％、Si≤0.75％、1.20％≤Mn≤1.50％、14.00％≤Cr≤15.5％、2.00％≤Ni≤4.50％、2.50％≤Cu≤3.00％、P≤0.025％、S≤0.008％、H≤2.0PPM。采用分析了钢坯中的化学成分，进一步优选出了各个化学成分的重量百分比，使得钢坯抗疲劳强度、低温下耐冲击且韧性达到最佳的状态。

锻件热处理后其晶粒度≥4.5级。晶粒粗大将使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降，因此，本发明对锻件热处理后，锻件的晶粒小，锻件的塑性和韧性高。

步骤S3中锻造比大于4。锻造比比值越大，钢坯内部的精密度越高，加工出来的锻件质量越好，锻件不容易开裂。

步骤S1中冒口的切除量为钢坯总量的11％。本发明优选了冒口的切除量。

步骤S3、S5中的压机均采用2500吨压机。2500吨压机锻造，能够保证锻透性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种用于油气开采的泵头体的生产工艺采用分段式的方式将钢坯加热至锻造温度，能够均匀热透，使锻件心部、表面各区域间的加热温度一致，避免因断面温度差产生温度应力，而导致锻件钢锭开裂；

2、本发明一种用于油气开采的泵头体的生产工艺在锻造时，首先优选了钢坯，选择性能优越的原材料，在根本上解决了目前加工出来的泵头体质量差的问题；

3、本发明一种用于油气开采的泵头体的生产工艺在锻件成型前对锻件进行二次加热，有利于提高锻件的成型效率。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，包括以下步骤：制备钢坯、锻造钢坯、锻件热处理，锻造钢坯包括以下步骤：

S1、选择钢坯，切除冒口，冒口的切除量为钢坯总量的5％-30％；

本发明在锻造时，首先优选了钢坯，选择性能优越的原材料，在根本上解决了目前加工出来的泵头体质量差的问题；本发明对钢坯进行初次加热时，不是直接将钢坯快速加热至锻造温度，采用分段式的方式将钢坯加热至锻造温度，能够均匀热透，使锻件心部、表面各区域间的加热温度一致，避免因断面温度差产生温度应力，而导致锻件钢锭开裂；本发明在锻造过程中确定了每一段加热温度的温度范围值，每次加热后均有较长的时间进行保温，为钢坯提供了充足的时间稳定其温度，钢坯上不会出现较大的温差，解决了传统锻造方法中温度变化不稳定，温度难以控制的问题；本发明在锻件成型前对锻件进行二次加热，有利于提高锻件的成型效率。本发明限定了冒口的切除量，保证锻件材质纯净。

实施例2

基于实施例1，锻件热处理包括以下步骤：将锻压成型后的锻件进行退火处理，消除锻件组织应力、温度应力至锻件硬度小于或等于280公斤力/平方米。通常材料的硬度越高，韧性就越差，脆性就大，受到冲击力时就易碎，本发明通过热处理降低了锻件的硬度，能够有效提高锻件的韧性。本发明锻件热处理后其晶粒度≥4.5级。晶粒粗大将使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降，因此，本发明对锻件热处理后，锻件的晶粒小，锻件的塑性和韧性高。

实施例3

基于上述实施例，步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.07％、Si≤2.00％、Mn≤2.00％、14.00％≤Cr≤17.50％、2.00％≤Ni≤5.50％、2.50％≤Cu≤5.00％、P≤0.035％、S≤0.035％、H≤2.0PPM。采用分析了钢坯中的化学成分，优选出了各个化学成分的重量百分比，使得钢坯抗疲劳强度高，低温下耐冲击且韧性好。

实施例4

基于上述实施例，步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.05％、Si≤0.75％、1.20％≤Mn≤1.50％、14.00％≤Cr≤15.5％、2.00％≤Ni≤4.50％、2.50％≤Cu≤3.00％、P≤0.025％、S≤0.008％、H≤2.0PPM。采用分析了钢坯中的化学成分，进一步优选出了各个化学成分的重量百分比，使得钢坯抗疲劳强度、低温下耐冲击且韧性达到最佳的状态。

实施例5

基于上述实施例，步骤S3中锻造比大于4。锻造比比值越大，钢坯内部的精密度越高，加工出来的锻件质量越好，锻件不容易开裂。本发明根据实际锻造情况，优选了锻造比范围。

实施例6

基于上述实施例，步骤S1中冒口的切除量为钢坯总量的11％。本发明优选了冒口的切除量。

实施例7

以实施例4中的钢坯，按照实施例1中所述的锻造方法，基于其他实施例中的优选条件，制备出油气开采用泵头体，对所述泵头体进行了使用寿命、耐压强度、低温冲击等试验，试验结果如下：使用寿命大于800小时，耐压强度高达1100-1300mpa，低温冲击突破-40℃AKV≥34J。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，包括以下步骤：制备钢坯、锻造钢坯、锻件热处理，其特征在于，锻造钢坯包括以下步骤：

S1、选择钢坯，切除冒口；

2.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S1中冒口的切除量为钢坯总量的5％-30％。

3.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，锻件热处理包括以下步骤：将锻压成型后的锻件进行退火处理，消除锻件组织应力、温度应力至锻件硬度小于或等于280公斤力/平方米。

4.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.07％、Si≤2.00％、Mn≤2.00％、14.00％≤Cr≤17.50％、2.00％≤Ni≤5.50％、2.50％≤Cu≤5.00％、P≤0.035％、S≤0.035％、H≤2.0PPM。

5.根据权利要求4所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S1中选择的钢坯中化学成分重量百分比为：C≤0.05％、Si≤0.75％、1.20％≤Mn≤1.50％、14.00％≤Cr≤15.5％、2.00％≤Ni≤4.50％、2.50％≤Cu≤3.00％、P≤0.025％、S≤0.008％、H≤2.0PPM。

6.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，锻件热处理后其晶粒度≥4.5级。

7.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S3中锻造比大于4。

8.根据权利要求2所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S1中冒口的切除量为钢坯总量的11％。

9.根据权利要求1所述的一种用于油气开采的泵头体的生产工艺，其特征在于，步骤S3、S5中的压机均采用2500吨压机。