一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鉆具生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生 產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉆具是石油鉆探中不可或缺的重要工具，近年來，隨著石油需求量不斷攀升，世界 各國紛紛加大開發(fā)力度，原油的開采逐步向地下深層和海洋轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。隨著開采難度的 不斷加大，對(duì)石油鉆具的要求也日益提高。鉆具做為鉆采設(shè)備的重要部件，直接關(guān)系到開采 成功與否。因此，各石油開采廠家對(duì)鉆具材料的強(qiáng)初性要求逐漸提高，W滿足在惡劣環(huán)境下 使用的需求。高強(qiáng)度高低溫沖擊功的鉆具材料的需求逐步加大。
[0003] 常規(guī)的414甜材料已無法滿足此要求，尤其是高強(qiáng)度高低溫沖擊功。
[0004] 常規(guī)的4145HM0D材料制造鉆具，經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加工-熱處理-精加 工等工序制成，其力學(xué)性能化0. 2 :120/130KSI;Rm:140/144KSI;A:16%/15%;KV(-20°C): 31/30/28/29/30/26,強(qiáng)度及低溫沖擊功均低于使用環(huán)境要求。此材料不含有提高低溫沖擊 的元素，為了提高沖擊功不得不降低強(qiáng)度指標(biāo)，強(qiáng)度低于要求，而低溫沖擊功依然無法達(dá)到 使用要求。Ni是提高低溫沖擊最有效的元素，還可提高澤透性；而V可W細(xì)化晶粒，既提高 強(qiáng)度，又提高沖擊初性。于是我們針對(duì)環(huán)境使用要求設(shè)計(jì)了優(yōu)化的4145HM0D材料加Ni、V 元素的新材料，此材料各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足低溫環(huán)境使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種在保證材料具有高強(qiáng)度 的同時(shí)最大限度的提升鉆具的低溫沖擊初性進(jìn)而提高鉆具的使用壽命的用于低溫環(huán)境下 使用的鉆具材料生產(chǎn)方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方 法，依次經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加工-熱處理-精加工而成，所述精煉時(shí)選用4145HM0D 加Ni、V鋼為原料，采用電弧爐冶煉+鋼包精煉/真空脫氣方式精煉，所加Ni、V的重量百分 比分別為為0. 80~1. 50%，0. 05~0. 15%，精煉后誘注成鋼錠，鋼錠脫模后熱送鍛造。
[0007] 所述精煉過程控制鋼錠中部分化學(xué)成分的重量百分比如下：C為0. 43~0. 48%，Si 為 0. 20~0. 40%，Mn為 1. 00~1. 25%，Cr為 1. 10~1. 35%，Mo為 0. 28~0. 35%，V為 0. 05~0. 15〇/〇， Ni為 0. 80~1. 50%，S《0. 008%，P《0. 012〇/〇。
[0008] 所述鍛造前控制加熱溫度為1190~1210°C，終鍛溫度為750°C，鍛造時(shí)采用油壓機(jī) 開巧，在上下平化上拔出至熱口 450mm，滿化進(jìn)給，控制壓下量在150~250mm，然后到八方 至470mm，驚料至800~900°C上精鍛機(jī)鍛造，控制壓下量60-80mm。
[0009] 所述熱處理時(shí)采用正火+調(diào)質(zhì)工藝方式，正火溫度為870~890°C，保溫時(shí)間 為0. 8~1.化/lOOmm,正火霧冷至室溫，然后澤火，澤火溫度為850~870°C，保溫時(shí)間為 0. 8~1. 2h/100mm，澤火在初始水溫20°CW下，采用水-空-水冷卻方式，第一次水冷冷卻系 數(shù)2. 5-3. 5s/mm，空冷60-150S，第二次水冷系數(shù)I. 5~2. 5s/mm，而后在610~630°C溫度范圍 回火。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下：本發(fā)明的用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材 料生產(chǎn)方法采用EAF+LF/VD方式精煉，提高純凈度，使結(jié)晶組織更加致密，從而獲得更高沖 擊初性，精煉后誘注成模鑄鋼錠，然后熱送鍛造；在鍛造過程中，需要嚴(yán)格控制油壓機(jī)的壓 下量和送進(jìn)量，有效鍛合鋼錠內(nèi)部缺陷；熱處理工藝采用正火+調(diào)質(zhì)方式進(jìn)行，通過正火可 細(xì)化晶粒及均勻組織和成分，為澤火做好組織準(zhǔn)備；正火后霧冷，冷卻速度快，晶粒能夠很 好地細(xì)化，同時(shí)澤火時(shí)采用水-空-水冷卻，降低初始水溫，提高了冷卻速度和澤透層深度， 使得奧氏體組織充分轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，再通過高溫回火獲得細(xì)小均勻的回火索氏體組 織，從而獲得較高的綜合力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法的熱處理工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】陽〇1引 實(shí)施例一 一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，選用鉆具鋼種為4145HM0D+Ni+V， 經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加工-熱處理-精加工而成，選料后采用EAF+LF/VD精煉方 式，爐料由二級(jí)或二級(jí)W上廢鋼、返回料頭、海綿鐵等組成，EAF氧化后出鋼，包中預(yù)脫 氧及部分合金化，進(jìn)行LF/VD吹氣精煉，出鋼前弱攬拌，攬拌時(shí)間> 20min，出鋼鎮(zhèn)靜后 采用氣氣保護(hù)誘注，脫模后熱送鍛造，熱送溫度不低于500°C，精煉過程控制化學(xué)成分 為：C=O. 43~0. 48%，Si=O. 20~0. 40%，Mn=I. 00~1. 25%，Cr=I. 10~1. 35%，Mo=O. 28~0. 35〇/〇， Ni=O. 8-1. 5%，V=O. 05~0. 15%，S《0. 006%，P《0. 012%。然后在車底式燃?xì)鉅t中加熱，加熱 爐溫度為1200°C，終鍛溫度為750°C，在鍛造過程中：采用油壓機(jī)開巧，在上下平化上拔出 至熱□ 450mm，滿化進(jìn)給，控制壓下量在150~250mm，然后到八方至470mm，驚料至800~ 900°C上精鍛機(jī)鍛造，控制合適的壓下量，范圍在60-80mm;粗加工后進(jìn)行熱處理，采用正火 +調(diào)質(zhì)工藝方式進(jìn)行，如圖1所示，先進(jìn)行正火，正火溫度880°C，保溫時(shí)間為Ih/lOOmm，正火 后采用軸流式鼓風(fēng)機(jī)，在風(fēng)扇葉片接上水管，噴霧進(jìn)行強(qiáng)制冷卻至室溫，為增霧風(fēng)冷效果， 用9臺(tái)風(fēng)機(jī)分3層置于冷卻工位周圍，從多個(gè)方位直接噴射到工件上，迫使工件均勻快速冷 卻，用W細(xì)化晶粒及均勻組織和成分，為澤火做好組織準(zhǔn)備，正火后采用調(diào)質(zhì)處理工藝，澤 火溫度為860。保溫時(shí)間為Ih/lOOmm，使工件屯、部達(dá)到規(guī)定溫度、完成奧氏體轉(zhuǎn)變并使其 均勻化，然后放入小于20°C的水中進(jìn)行水-空-水冷卻，獲得馬氏體組織，再在610°C進(jìn)行 高溫回火，保溫時(shí)間采用2小時(shí)/lOOmm,進(jìn)行馬氏體分解及殘余奧氏體的繼續(xù)轉(zhuǎn)變，獲得細(xì) 小均勻的回火索氏體組織，出爐空冷至室溫，力學(xué)性能滿足使用的高強(qiáng)度極限和高低溫沖 擊功的要求，然后進(jìn)行精加工。 陽〇1引 實(shí)施例二 一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，選用鉆具鋼種為4145HM0D+Ni+V， 經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加工-熱處理-精加工而成，選料后采用EAF+LF/VD精煉方 式，爐料由二級(jí)或二級(jí)W上廢鋼、返回料頭、海綿鐵等組成，EAF氧化后出鋼，包中預(yù)脫 氧及部分合金化，進(jìn)行LF/VD吹氣精煉，出鋼前弱攬拌，攬拌時(shí)間> 20min，出鋼鎮(zhèn)靜后 采用氣氣保護(hù)誘注，脫模后熱送鍛造，熱送溫度不低于50(TC，精煉過程控制化學(xué)成分 為：C=O. 43~0. 48%，Si=O. 20~0. 40%，Mn=I.OO~1. 25%，Cr=I.OO~1. 35%，Mo=O. 28~0. 35〇/〇， Ni=O. 8-1. 5%，V=O. 05~0. 15%，S《0. 006%，P《0. 012%。然后在車底式燃?xì)鉅t中加熱，加熱 爐溫度為1200°C，終鍛溫度為750°C，在鍛造過程中：采用油壓機(jī)開巧，在上下平化上拔出 至熱□ 450mm，滿化進(jìn)給，控制壓下量在150~250mm，然后到八方至470mm，驚料至800~ 900°C上精鍛機(jī)鍛造，控制合適的壓下量；粗加工后進(jìn)行熱處理，采用正火+調(diào)質(zhì)工藝方式 進(jìn)行，如圖1所示，先進(jìn)行正火，正火溫度880°C，保溫時(shí)間為Ih/lOOmm，正火后采用軸流式 鼓風(fēng)機(jī)，在風(fēng)扇葉片接上水管，噴霧進(jìn)行強(qiáng)制冷卻至室溫，為增霧風(fēng)冷效果，用9臺(tái)風(fēng)機(jī)分3 層置于冷卻工位周圍，從多個(gè)方位直接噴射到工件上，迫使工件均勻快速冷卻，用W細(xì)化晶 粒及均勻組織和成分，為澤火做好組織準(zhǔn)備，正火后采用調(diào)質(zhì)處理工藝，澤火溫度為860°C， 保溫時(shí)間為Ih/lOOmm，使工件屯、部達(dá)到規(guī)定溫度、完成奧氏體轉(zhuǎn)變并使其均勻化，然后放入 小于20°C的水中進(jìn)行水-空-水冷卻，獲得馬氏體組織，再在630°C進(jìn)行高溫回火，保溫時(shí) 間采用2小時(shí)/lOOmm,進(jìn)行馬氏體分解及殘余奧氏體的繼續(xù)轉(zhuǎn)變，獲得細(xì)小均勻的回火索 氏體組織，出爐空冷至室溫，力學(xué)性能滿足使用的高強(qiáng)度極限和高低溫沖擊功的要求，然后 進(jìn)行精加工。
[0014] 將W上兩實(shí)施例及相應(yīng)的對(duì)照例產(chǎn)品按GB/T228. 1和GB/T229現(xiàn)有測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行測(cè)試，結(jié)果如下表1。對(duì)照例采用常規(guī)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，正火后空冷，冷卻速度慢，晶粒較 為粗大，且采用水澤油冷，澤火冷卻烈度較弱，造成沖擊功偏低；而本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品， 正火后霧冷，冷卻速度快，晶粒能夠很好地細(xì)化，均勻了組織和成分，同時(shí)澤火時(shí)采用水基 液冷卻，提高了冷卻速度和澤透深度，使得奧氏體組織充分轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，從而獲得較 高的綜合力學(xué)性能。 |；001引表1
備注：沖擊吸收功測(cè)試時(shí)，一個(gè)試片上取了=個(gè)縱向沖擊試樣，對(duì)應(yīng)=個(gè)沖擊值。
[0016] 由上表1數(shù)據(jù)看出，本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品綜合力學(xué)性能較高，綜合力學(xué)性能明 顯優(yōu)于對(duì)照例產(chǎn)品，充分說明本發(fā)明顯著的優(yōu)越性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，依次經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加 工-熱處理-精加工而成，其特征在于：所述精煉時(shí)選用4145HM0D加Ni、V鋼為原料，采用電 弧爐冶煉+鋼包精煉/真空脫氣方式精煉，所加Ni、V的重量百分比分別為為0. 80~1. 50%， 0. 05~0. 15%，精煉后澆注成鋼錠，鋼錠脫模后熱送鍛造。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，其特征在 于：所述精煉過程控制鋼錠中部分化學(xué)成分的重量百分比如下：C為0. 43~0. 48%，Si為 0? 20~0. 40%，Mn 為 I. 00~1. 25%，Cr 為 I. 10~1. 35%，Mo 為 0? 28~0. 35%，V 為 0? 05~0. 15%，Ni 為 0? 80~1. 50%，S 彡 0? 008%，P 彡 0? 012%。3. 如權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，其 特征在于：所述鍛造前控制加熱溫度為1190~1210°C，終鍛溫度為750°C，鍛造時(shí)采用油壓 機(jī)開坯，在上下平砧上拔出至熱口 450mm，滿砧進(jìn)給，控制壓下量在150~250mm，然后到八 方至470mm，晾料至800~900°C上精鍛機(jī)鍛造，控制控制壓下量60-80mm。4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法， 其特征在于：所述熱處理時(shí)采用正火+調(diào)質(zhì)工藝方式，正火溫度為870~890°C，保溫時(shí) 間為0. 8~1. 2h/100mm，正火霧冷至室溫，然后淬火，淬火溫度為850~870°C，保溫時(shí)間為 0. 8~1. 2h/100mm，淬火在初始水溫20°C以下，采用水-空-水冷卻方式，第一次水冷冷卻系 數(shù)2. 5-3. 5s/mm，空冷60-150S，第二次水冷系數(shù)I. 5~2. 5s/mm，而后在610~630°C溫度范圍 回火。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鉆具生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法，依次經(jīng)選料-精煉-鍛造-粗加工-熱處理-精加工而成，所述精煉時(shí)選用4145HMOD加Ni、V鋼為原料，采用電弧爐冶煉+鋼包精煉/真空脫氣方式精煉，所加Ni、V的重量百分比分別為0.80~1.50%，0.05~0.15%，精煉后澆注成鋼錠，鋼錠脫模后熱送鍛造。本發(fā)明提供一種在保證材料具有高強(qiáng)度的同時(shí)最大限度的提升鉆具的低溫沖擊韌性進(jìn)而提高鉆具的使用壽命的用于低溫環(huán)境下使用的鉆具材料生產(chǎn)方法。
【IPC分類】C21C7/00, C22C38/46, C21C7/10, C21C5/52
【公開號(hào)】CN105154627
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510364549
【發(fā)明人】李守杰, 王學(xué)璽, 高全德, 趙 卓
【申請(qǐng)人】中原特鋼股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日