钻杆接头热处理工艺优化方法

2020-06-09 14:36:01 admin 234

1、不同热处理方式选择

接头的热处理采用调质处理,即淬火加高温回火,在淬火环节又分为油基淬火与水基淬火。近些年来随着对钻杆整体质量要求的不断提高,同时考虑到减少环境污染,改善现场工作环境,消除火灾隐患,降低生产成本等各方面因素,水基淬火方式逐渐被国内外的钻杆制造商所采用。

有相关研究资料表明,淬火油的最大冷却速度比水基淬火液小得多,在中温区的冷却速度较慢,容易使工件组织发生珠光体转变,降低机械性能。水基淬火方式相对于油基淬火方式冷却速度快,钻杆接头心部的马氏体化更充分,提高了钻杆接头的强度、耐磨性及硬度均匀性,为后续的回火后获得更好的韧性和塑性提供了基础。

目前生产的钻杆接头采用的调质处理方式是油基淬火的方式,调质热处理设备采用的是连续推杆炉调质生产线。在φ63.5 高强度钻杆的研究中,采用了热处理厂家的水基淬火悬挂式调质生产线对φ63.5 钻杆接头进行水基淬火方式的调质处理。

实验结果表明,采用水基淬火方式的接头硬度淬透性与硬度均匀性较油基淬火方式好,但同时也发现采用水基淬后火的部分接头产品会出现裂纹,若采取该方式需增加接头的探伤工艺,这样无形增加了接头生产的周期及成本。并且热处理厂家的水基淬火设备热处理接头能力大,每日所需数量很大,按照目前接头的粗加工能力还不能满足热处理设备的处理需求。

综合考虑,对φ63.5 高强度钻杆的接头热处理依旧采用油基淬火方式进行调质热处理,严格执行操作规程。

2、热处理工艺优化

热处理接头的硬度及淬透均匀性直接影响到接头的整理性能,在本课题研究之前所使用的接头原材料为西宁特钢的φ65 圆钢料,该材料加工的接头在回厂检验及后续加工过程中,发现同一批次处理的接头会出现硬度不均匀的现象,在同一截面圆周内,有软点或硬点,这将直接影响到接头的整理性能。为了找到原因,随即对西宁特钢加工的接头抽样进行了硬度分层实验,实验方法如图 3.13,最终的实验数据见表 3.4。

 通缆钻杆

  3.13 接头分层实验取样方法

 

表 3.4 西宁特钢原料硬度分层实验数据

 


编号

1

2

3

4

5

6


外侧

32.7

33.5

33.5

32.5

32.0

33.1

第一层

中心

32.0

33.5

33.5

32.0

33.5

33.1


内侧

33.5

33.1

33.5

33.1

33.5

32.0


外侧

32.5

32.0

32.4

32.5

31.4

32.0

第二层

中心

32.0

34.0

32.5

31.1

32.1

30.0


内侧

31.4

33.1

32.7

30.5

31.5

30.1


外侧

30.6

31.0

30.6

30.0

29.7

29.3

第三层

中心

29.7.

31.0

29.5

29.7

29.1

29.7


内侧

30.0

30.7

31.0

29.7

28.5

29.7


外侧

28.7

30.0

29.7

29.0

30.5

28.7

第四层

中心

28.2

32.0

27.9

29.1

28.7

29.7


内侧

29.1

30.5

27.5

28.2

27.8

29.7


外侧

28.0

29.7

28.0

27.0

27.1

28.5

第五层

中心

28.0

31.0

29.7

29.1

30.3

29.6


内侧

28.5

31.0

28.5

29.0

29.5

29.1

通过数据可以看出,随着接头截面厚度的增加,硬度成明显下降趋势,在四层也就是接头最薄弱的截面内,接头的硬度已经低于标准硬度的下限,也就是说在接头螺纹加工好后,接头螺纹芯部的硬度较低,有出现断裂的可能,此外在同一截面中,边缘硬度与中心硬度差别不大。

随后将这一问题及检测结果反馈给热处理厂,经过热处理厂家的分析,出现这一现象的主要原因一般有两点,一是热处理操作问题,二是原材料问题。由于热处理厂家为军工厂,有完善的工艺规定及质量管理体系,热处理工艺严格按照技术规范进行,并且有完整的记录,因此可以暂时排除热处理方面操作的问题。

此外热处理厂家提出,在他们厂的机械加工中,有相关文件提及西宁特钢的圆钢料, 可能会出现杂质较大,导致产品性能不稳定的情况,在其军品原料的采购中,已经不优先考虑西宁特钢的原料。鉴于这一点,随即将使用的西宁特钢圆钢料换为湖北大冶特钢的原料。在原料更换后,通过对接头产品质量检验及后续使用,已经没有发现接头硬度不均匀现象,同一批次的接头硬度较均匀,并且同一个接头的截面圆周内没有出现软点及硬点。对大冶特钢原料加工的接头分层实验数据见表 3.5。

表 3.5 大冶特钢原料硬度分层实验数据

 


编号

1

2

3

4

5

6


外侧

34.3

33.5

34.1

34.0

31.5

33.8

第一层

中心

32.7

35.0

34.2

33.4

33.1

33.2


内侧

32.8

33.5

33.8

33.8

34.1

34.1


外侧

32.0

32.3

31.8

29.2

33.0

30.2

第二层

中心

32.1

31.9

32.0

30.7

33.0

31.9


内侧

32.4

32.6

34.1

31.6

35.2

31.0


外侧

33.7

32.6

31.8

30.4

32.0

32.3

第三层

中心

33.0

29.4

30.5

30.6

31.6

30.2


内侧

35.8

30.4

33.4

30.8

31.2

30.6


外侧

33.2

31.4

32.1

31.1

31.4

33.0

第四层

中心

33.0

30.8

32.0

30.1

32.0

31.4


内侧

31.4

30.8

33.1

29.3

30.6

32.2


外侧

31.9

30.8

30.8

30.9

33.7

31.9

第五层

中心

30.1

31.9

29.0

30.1

29.7

30.4


内侧

29.3

31.5

31.8

29.2

32.0

29.9

由上表数据可以看出,第四层的硬度值与第一层硬度值差别很小,且数值均在硬度范围要求内,说明该材料的淬透性较好,并且同一截面内的硬度值差别也不大。

通过更换原材料厂家,制定热处理工艺规范,严格按照工艺规范处理接头等措施, 接头调质后硬度均匀,力学性能稳定,为钻杆接头整体性能的提升起到了至关重要的作用。

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