專利名稱：一種135鋼級(jí)鉆桿接頭及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆井特別是深井及超深井中的高強(qiáng)度高韌性鉆桿接頭及其 熱處理工藝，本發(fā)明的接頭為135鋼級(jí)，屬于石油天然氣鉆采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鉆井技術(shù)發(fā)展和淺層易開(kāi)采油氣層的逐漸減少，鉆井深度在不斷增加，我國(guó) 近幾年要鉆大量7000 8000m的超深井，我國(guó)海洋鉆井也逐步走向深海開(kāi)發(fā)。為了能在這 種苛刻井況下作業(yè)，油田希望能為其提供高強(qiáng)度、高韌性鉆桿。而目前常用的符合美國(guó)石油 學(xué)會(huì)(API)規(guī)定的最高鋼級(jí)S-135鉆桿無(wú)法滿足其要求，Z-140, V-150鋼級(jí)及165鋼級(jí)等 超高強(qiáng)度鉆桿的鉆桿是有效的解決方案之一。常用的石油鉆桿是由鉆桿管體、鉆桿接頭通 過(guò)摩擦焊接而成。此處，140、150及165鋼級(jí)表示的是管體的屈服強(qiáng)度等級(jí)，為了和這些高 強(qiáng)度鉆桿管體匹配，接頭的鋼級(jí)也要隨之由原來(lái)120鋼級(jí)上升至135鋼級(jí)。為了確保鉆具 的安全使用，鋼級(jí)越高，其匹配的沖擊功要求也就越高。試驗(yàn)結(jié)果表明，常用接頭材料37CrMnMo，當(dāng)其屈服強(qiáng)度為140_160Ksi (965 IlOOMPa)時(shí)，_20°C，沖擊功往往只有50 60J左右，無(wú)法滿足135鋼級(jí)鉆桿接頭的性能要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種135鋼級(jí)鉆桿接頭用鋼，能克服現(xiàn)有鉆桿接頭材料 37CrMnMo所述不足之處，其機(jī)械性能如下屈服強(qiáng)度為140 160Ksi(965 llOOMPa)，延 伸率彡17%，縱向，-20°C，全尺寸，夏比沖擊功彡IOOJ0該接頭可用于150和165鋼級(jí)高強(qiáng) 度鉆桿。所述目的是通過(guò)如下方案實(shí)現(xiàn)的
一種135鋼級(jí)鉆桿接頭，是由下述重量百分比的成分組成C 0.25-0.32%， Si ( 0. 30%, Mn 0. 35-0. 80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 008%, Mo 0. 15-0. 80%, Ni 0. 00-1. 00%, Cr 0. 90-1. 50%, Al彡0. 03%, Nb彡0. 05%, V彡0. 10%，余量為Fe和不可去除的痕量元素。優(yōu)選地，上述135鋼級(jí)鉆桿接頭由下述重量百分比的成分組成C 0. 25-0. 28%, Si 0. 20-0. 23%, Mn 0. 45-0. 50%, P 0. 006%,S 0. 004%, Mo 0. 50-0. 55%, Ni 0.55-0. 60%, Cr 0. 95-1. 00%, Al 0. 02%, V 0. 08-0. 10%，余量為Fe和不可去除的痕量元素。優(yōu)選地，上述135鋼級(jí)鉆桿接頭由下述重量百分比的成分組成C 0. 26-0. 30%, Si 0. 26-0. 28%, Mn 0. 75-0. 80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Mo 0. 70-0. 80%, Cr 1. 30-1. 40%, Al 0. 02%，Nb 0. 03%，余量為！^e和不可去除的痕量元素。還優(yōu)選地，上述135鋼級(jí)鉆桿接頭由下述重量百分比的成分組成C 0. 28-0. 32%， Si 0. 26-0. 28%, Mn 0. 70-0. 76%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 005%, Mo 0. 15-0. 20%, Ni 0. 90-1. 00%, Cr 1. 00-1. 10%, Al 0. 02%，余量為Fe和不可去除的痕量元素。上述的135鋼級(jí)鉆桿接頭熱處理工藝，將粗加工的所述135鋼級(jí)鉆桿接頭毛坯用80 100分鐘由室溫升高到920 960°C，保溫0. 5 1. 5小時(shí)后，放入30 50°C油基淬 火介質(zhì)中，并充分冷卻，然后再用50 70分鐘由室溫升高到550 620°C，保溫約1. 5 2. 5小時(shí)后出爐。熱處理后，晶粒度彡8.0級(jí)。本發(fā)明的有益效果與常規(guī)接頭材料37CrMnM0相比，本發(fā)明通過(guò)巧妙搭配合金元 素(降低C、Mn含量，調(diào)整Cr、Mo等含量，有意添加Ni、Nb及V等)，在保證接頭淬透性的前 提下，又獲得了優(yōu)良、穩(wěn)定的機(jī)械性能，而且，所有生產(chǎn)設(shè)備例如鍛造設(shè)備、熱處理爐等都可 以采用原有設(shè)備，熱處理工藝范圍寬，極易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式按本發(fā)明的化學(xué)成分要求，煉了三爐次鋼。然后分別連鑄連軋成符合要求的圓鋼。 將圓鋼切成一定長(zhǎng)度，鍛造成NC50接頭毛坯。將粗加工的三批次接頭各取10個(gè)接頭和同 規(guī)格37CrMnM0接頭10個(gè)，分批次進(jìn)行熱處理，熱處理后，取樣進(jìn)行化學(xué)分析、拉伸及沖擊試驗(yàn)。本發(fā)明的熱處理工藝為將粗加工的接頭毛坯用80 100分鐘由室溫升高到 920 960°C，保溫0. 5 1. 5小時(shí)后，放入30 50°C油基淬火介質(zhì)中，并充分冷卻，然后再 用50 70分鐘由室溫升高到550 620°C，保溫約1. 5 2. 5小時(shí)后出爐。下面就常用的接頭材料37CrMnM0和本發(fā)明的接頭處理成135鋼級(jí)鉆桿接頭的力 學(xué)性能(各10個(gè)接頭的平均值)進(jìn)行對(duì)比，其化學(xué)成分(均為重量百分含量，余量為鐵)見(jiàn)表 1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
表權(quán)利要求
1.一種135鋼級(jí)鉆桿接頭，其特征在于，是由下述重量百分比的成分組成C 0. 25-0. 32%, Si 彡 0. 30%, Mn 0. 35-0. 80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 008%, Mo 0. 15-0. 80%, Ni 0. 00-1. 00%, Cr 0. 90-1. 50%, Al ( 0. 03%, Nb ( 0. 05%, V 彡 0. 10%，余量為 Fe 和不可去除的痕量元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種135鋼級(jí)鉆桿接頭，其特征在于，采用下述重量比例的 一種或多種成分:C 0. 25-0. 28%, Si 0. 20-0. 23%, Mn 0. 45-0. 50%, P 0. 006%, S 0. 004%, Mo 0. 50-0. 55%, Ni 0. 55-0. 60%, Cr 0. 95-1. 00%, Al 0. 02%, V 0. 08-0. 10%，余量為 Fe 和不可去除的痕量元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種135鋼級(jí)鉆桿接頭，其特征在于，采用下述重量比例的一 種或多種成分:C 0. 26-0. 30%, Si 0. 26-0. 28%, Mn 0. 75-0. 80%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Mo 0. 70-0. 80%, Cr 1. 30-1. 40%, Al 0. 02%, Nb 0. 03%，余量為 Fe 和不可去除的痕量元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種135鋼級(jí)鉆桿接頭，其特征在于，采用下述重量百分比的 一種或多種成分:C 0. 28-0. 32%, Si 0. 26-0. 28%, Mn 0. 70-0. 76%, P ^ 0. 015%, S 彡 0. 005%, Mo 0. 15-0. 20%, Ni 0. 90-1. 00%, Cr 1. 00-1. 10%, Al 0. 02%，余量為 Fe 和不可去除的痕量 元素。
5.權(quán)利要求1 4任一所述的135鋼級(jí)鉆桿接頭熱處理工藝，其特征在于，將粗加工的 所述135鋼級(jí)鉆桿接頭毛坯用80 100分鐘由室溫升高到920 960°C，保溫0. 5 1. 5 小時(shí)后，放入30 50°C油基淬火介質(zhì)中，并充分冷卻，然后再用50 70分鐘由室溫升高到 550 620°C，保溫約1. 5 2. 5小時(shí)后出爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種135鋼級(jí)鉆桿接頭及其熱處理工藝，所述鉆桿接頭是由下述重量百分比的成分組成C0.25-0.32%，Si≤0.30%，Mn0.35-0.80%，P≤0.015%，S≤0.008%，Mo0.15-0.80%，Ni0.00-1.00%，Cr0.90-1.50%，Al≤0.03%，Nb≤0.05%，V≤0.10%，余量為Fe和不可去除的痕量元素。所述熱處理工藝為將粗加工的接頭毛坯用80～100分鐘由室溫升高到920～960℃，保溫0.5～1.5小時(shí)后，放入30～50℃高級(jí)油基淬火介質(zhì)中，并充分冷卻，然后再用50～70分鐘由室溫升高到550～620℃，保溫約1.5～2.5小時(shí)后出爐。熱處理后，其機(jī)械性能為屈服強(qiáng)度為140～160Ksi(965～1100MPa)，延伸率≥17%，縱向，-20℃，全尺寸，夏比沖擊功≥100J。
文檔編號(hào)C22C38/48GK102140611SQ20111006609
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者喬曉堂, 余世杰, 歐陽(yáng)志英, 袁鵬斌 申請(qǐng)人:上海海隆石油管材研究所, 上海海隆石油鉆具有限公司