專利名稱：一種超長加厚端鉆桿的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆桿的制造方法，屬鋼管管端加厚領(lǐng)域，更具體的涉及一種超長加厚端鉆桿的制造方法。

背景技術(shù)：
按照API標(biāo)準(zhǔn)，用于石油鉆探的鉆桿需要在管體兩端分別對焊一個外螺紋鉆桿接頭和一個內(nèi)螺紋鉆桿接頭。為了提高管體端部與接頭連接處的強(qiáng)度，需要對管體兩端進(jìn)行加厚。加厚時，外徑增大，內(nèi)徑不變的變形方式稱為外加厚，外徑不變，內(nèi)徑減小方式的稱為內(nèi)加厚，外徑增大，同時內(nèi)徑減小的方式稱為內(nèi)外加厚。
圖1為一種現(xiàn)有鉆桿，圖中示出了其加厚端的各項參數(shù)，其中，D為鋼管外徑，d為鋼管內(nèi)徑，Dou為加厚端外徑，dou為加厚端內(nèi)徑，Leu為外加厚長度，Meu為外加厚過渡帶長度，Liu為內(nèi)加厚長度，Miu為內(nèi)加厚過渡帶長度。
API標(biāo)準(zhǔn)中要求石油鉆桿加厚端外加厚長度Leu＝80-90mm，Liu＝90-130mm，大部分屬于內(nèi)外加厚形式且Liu＞Leu，總的壁厚鍛造比≤3，參與變形長度≤400mm，變形量不大，變形質(zhì)量容易保證。
但是對于直連型的鉆桿來說，由于不需要對焊工具接頭，直接在其端部進(jìn)行螺紋加工，因此其加厚端外加厚長度要求很長，往往是API標(biāo)準(zhǔn)石油鉆桿加厚端外加厚長度要求的二倍以上，一般要求達(dá)到Leu≥180mm，Liu＝90-140mm，Liu＜Leu，總的壁厚鍛造比＝3～3.8，參與變形長度≥600mm，總的變形量很大，變形質(zhì)量很難控制。
美國專利US 4,845,972提供了針對API石油鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法。其方法是首先外加厚，然后采用不同的方法通過模具將外加厚部分?jǐn)D壓成內(nèi)加厚。這種方法對于生產(chǎn)加厚端Leu≥180mm的鉆桿，由于第一道次加厚時壓力很大，沖頭大小和鋼管內(nèi)徑幾乎一致，且變形的長度很長，鋼管的加厚端容易抱緊沖頭，當(dāng)沖頭退回時，容易在加厚變形起始點位置發(fā)生管子拉斷現(xiàn)象。
另外一種API鉆桿加厚端的制造方法(專利號200510027402.1)是每道次都同時進(jìn)行內(nèi)外加厚。這種方法通過每道次都內(nèi)外加厚，能制造出內(nèi)加厚過渡帶較長的加厚端，其過渡帶是通過多道次的銜接而成。但這種方法對于生產(chǎn)加厚端Leu≥180mm的大變形量鉆桿，當(dāng)內(nèi)外同時加厚變形時，金屬同時要向內(nèi)部和外部流動，由于總變形長度很長，越遠(yuǎn)離管端的位置金屬越難變形，即使在很大的壓力下，往往在管子內(nèi)表產(chǎn)生欠充滿的凹坑缺陷，甚至達(dá)不到設(shè)計的內(nèi)外徑尺寸。
以上兩種方法都不適合于加厚變形量大于API鉆桿的產(chǎn)品，為了制造出加厚端Leu≥180mm的鉆桿，同時避免發(fā)生管子拉斷及內(nèi)加厚過渡帶處產(chǎn)生凹坑等缺陷，需要有一種新的鉆桿加厚端制造方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超長加厚端鉆桿的制造方法，可以保證在變形長度很大的條件下，消除原始壁厚不均對加厚端長度的影響，避免發(fā)生管子拉斷及內(nèi)加厚過渡帶處產(chǎn)生凹坑缺陷，制造出加厚端長度遠(yuǎn)大于API標(biāo)準(zhǔn)的超長加厚端鉆桿。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種超長加厚端鉆桿的制造方法，一種超長加厚端鉆桿的制造方法，其包括先內(nèi)加厚、再外加厚，最后內(nèi)加厚三個步驟；其中，每一步驟至少進(jìn)行一道次變形，每道次的壁厚鍛造比控制為1.1～1.5，隨著加厚道次的增加，每道次頂鍛壓力比上一道次減小20～30巴；每一道次中加厚端的加熱溫度控制為1150～1250℃；其中，先內(nèi)加厚步驟在第一道次變形中，頂鍛壓力控制為150～180巴，加熱長度為550～700mm；其他道次變形中，加熱長度從加厚端變形起始點到管端。
優(yōu)選的，在上述內(nèi)加厚步驟中，加熱溫度如此控制加厚端過渡部分的加熱溫度較變形縮短部分低30～150℃。
較佳的，在上述先內(nèi)加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制為170巴，壁厚鍛造比控制為1.1～1.3。
最佳的，當(dāng)上述先內(nèi)加厚步驟要完成的壁厚鍛造比在1.5以上時，該先內(nèi)加厚步驟還包括第二道次變形，加熱長度從加厚端變形起始點到管端，頂鍛壓力控制在140～160巴，壁厚鍛造比控制在1.4～1.5。
又，上述再外加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制在120～140巴，壁厚鍛造比控制在1.2～1.4。
進(jìn)一步，當(dāng)上述再外加厚步驟要完成的壁厚鍛造比在1.5以上時，該再外加厚步驟還包括第二道次變形，加熱長度從加厚端變形起始點到管端，頂鍛壓力控制在90～100巴，壁厚鍛造比控制在1.1～1.5。
再進(jìn)一步，上述最后內(nèi)加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制在60～80巴，壁厚鍛造比控制為1.2～1.5。
最佳的，上述方法通過與加厚步驟相應(yīng)的加厚模和加厚沖頭來實施。
以下是主要工序的關(guān)鍵點 (一)設(shè)計總的變形方式是本發(fā)明的基礎(chǔ)。本發(fā)明采用與現(xiàn)有的兩種方法完全不同的變形方式，即第一步內(nèi)加厚變形，第二步外加厚變形，第三步內(nèi)加厚變形。通過前兩步的變形，使加厚端外徑先變形增大到成品尺寸，同時內(nèi)徑有部分內(nèi)加厚變形，第三步僅僅是內(nèi)加厚變形，使內(nèi)徑變形到成品尺寸。采用這種方法的原因在于該產(chǎn)品的尺寸特點是Liu＜Leu，且變形量比較大(參與變形長度≥600mm)，這就要求最后一道變形過程中加熱長度和頂鍛壓力都比較小，如果采用現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)外加厚的方式進(jìn)行這種變形，由于鍛造過程金屬先橫向流動，即外加厚容易變形，當(dāng)外加厚尺寸Leu達(dá)到后，內(nèi)加厚Miu部分沒有金屬補(bǔ)充變形，就會在該部分內(nèi)表產(chǎn)生凹坑缺陷，造成產(chǎn)品報廢。
而在前兩步的變形分配中采用先內(nèi)加厚再外加厚的方式是基于以下原因第一步采用內(nèi)加厚的方式是為保證變形區(qū)域的金屬能夠充分變形，一方面，變形時金屬僅向內(nèi)流動，塑性變形阻力相對較小，易形成較長的內(nèi)加厚長度；另一方面，由于加厚沖頭設(shè)計比原始鋼管內(nèi)徑要小得多，加厚后，不會發(fā)生抱緊沖頭現(xiàn)象，避免管子拉斷。在第一步內(nèi)加厚完成后，管端的壁厚增加，同時也改善了原始管料的壁厚不均現(xiàn)象，這樣就為后道次變形創(chuàng)造了良好的條件。
在上述的三步變形中，變形量分配的基本原則是每道次的壁厚鍛造比控制在1.1～1.5，否則容易出現(xiàn)變形失穩(wěn)現(xiàn)象。如果前文所述的三步變形中某一步壁厚鍛造比超過1.5，則要將該步變形再分成兩道次來完成。在這個原則基礎(chǔ)上，對于第一步中第一道次的內(nèi)加厚變形，壁厚鍛造比最佳應(yīng)控制在1.1～1.3之間，因為第一道次是整個變形的基礎(chǔ)，通過第一道次加厚可使加厚端壁厚均勻，消除原始壁厚不均的影響，以控制后道次加厚長度。如果變形量過大，就很難達(dá)到這個目的，總的變形就比較困難。
(二)控制每道次的加熱長度、加熱溫度、頂鍛壓力等工藝參數(shù)，保證加厚端的Miu錐面平滑過渡。具體方法如下 加熱長度控制 在第一步內(nèi)加厚變形中，第一道次的加熱長度確定為加熱長度為550～700mm。隨后各道次的加熱長度根據(jù)前道次的加厚變形點位置來確定，即L(i)＝Liu(i-1)+Miu(i-1)，式中i≥2，表示加厚道次。這樣確定加熱長度的目的在于第一道次是整個變形基礎(chǔ)，需要足夠長的加熱長度來滿足變形工藝要求，而后道次加熱長度一方面要達(dá)到設(shè)計尺寸，同時要保證Miu平滑過渡，不能充填過滿或波浪狀的欠充滿，就必須根據(jù)前道次的產(chǎn)品具體尺寸來確定。
加熱溫度控制方法 加熱溫度與金屬材質(zhì)、變形程度有關(guān)系，一般鉆桿為含Mn、Cr等元素的高合金鋼，因此在加熱時，要保證成型前管端縮短部分Lv的加熱溫度要高達(dá)1150～1250℃，以確保該部分金屬的可塑性，使其容易變形流動到增厚部位，避免內(nèi)表凹坑，加厚過渡帶段的加熱溫度較其他部位(變形段)要低30～150℃，以減緩該部分的金屬變形，避免內(nèi)變形充填過滿，以及加厚過渡帶Miu過陡產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。上述兩者的溫度差可以通過控制調(diào)節(jié)端部冷卻來實現(xiàn)。
頂鍛壓力控制方法 加厚變形是一個多道次成型的局部鐓粗壓力變形過程。在確定各道次壓力時，根據(jù)變形條件確定金屬變形抗力、變形面積后計算可得，同時在生產(chǎn)這種超長加厚端的鉆桿時，還須遵循以下方法第一道次要充分變形，盡量增大內(nèi)加厚尺寸，因此頂鍛壓力要最大，一般在150～180巴，在隨后道次變形時，要保證內(nèi)加厚過渡帶Miu過渡平緩，變形壓力要逐步減小，否則后道次內(nèi)加厚覆蓋了前道次變形點，內(nèi)加厚過渡帶Miu就形成尺寸突變，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引起產(chǎn)品早期失效。一般每道次壓力要逐步減小20～30巴。
本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利通過設(shè)計各道次的加厚變形方式，先內(nèi)加厚，再外加厚，最后內(nèi)加厚，且每道次僅進(jìn)行內(nèi)加厚或外加厚，避免發(fā)生管子拉斷及內(nèi)加厚過渡帶處產(chǎn)生凹坑缺陷，使第一道次加厚后得到很長的加厚端，保證最終鉆桿加厚端外加厚長度Leu≥180mm，制造出遠(yuǎn)大于API標(biāo)準(zhǔn)的超長加厚端鉆桿。同時嚴(yán)格控制每道次加熱長度、頂鍛壓力、加熱溫度，保證加厚時道次之間過渡帶的銜接平緩，質(zhì)量較好。



圖1為現(xiàn)有的加厚端鉆桿管端示意圖，其中示出了各項加厚端參數(shù)； 圖2-圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例的超長加厚端鉆桿的五道次加厚生產(chǎn)連續(xù)操作示意圖。
圖中1為鉆桿，2為加厚模，3為加厚沖頭。

具體實施例方式 實施例1 下面以φ60.32×7.11mm內(nèi)外加厚鉆桿為例，說明本發(fā)明專利的實施過程。該鉆桿外徑為60.32mm，內(nèi)徑為46.11mm，要求加厚完成后最終加厚端外徑為74mm，內(nèi)徑為22mm，外加厚長度Leu≥180mm，內(nèi)加厚長度Liu＝90～130mm。每一道次的鉆桿加厚端示意圖見圖2-6。
為清楚起見，該實施例1中的各項參數(shù)見表1-1，各項性能指標(biāo)見表1-2。
表1-1 表1-2 實施例2 以φ60.32×8.53mm內(nèi)外加厚非標(biāo)修扣鉆桿為例，其實施的各項參數(shù)見表2-1，各項性能指標(biāo)見表2-2。
表2-1 表2-2 實施例3 以φ60.32×8.53mm內(nèi)外加厚非標(biāo)修扣鉆桿為例，其實施的各項參數(shù)見表3-1，各項性能指標(biāo)見表3-2。
表3-1 表3-2 實施例4 以φ73×5.51mm內(nèi)外加厚非標(biāo)修扣鉆桿為例，其實施的各項參數(shù)見表4-1，各項性能指標(biāo)見表4-2。
表4-1 表4-2
權(quán)利要求
1.一種超長加厚端鉆桿的制造方法，其包括先內(nèi)加厚、再外加厚，最后內(nèi)加厚三個步驟；其中，
每一步驟至少進(jìn)行一道次變形，每道次的壁厚鍛造比控制為1.1～1.5，隨著加厚道次的增加，每道次頂鍛壓力比上一道次減小20～30巴；
每一道次中加厚端的加熱溫度控制為1150～1250℃；
其中，先內(nèi)加厚步驟在第一道次變形中，頂鍛壓力控制為150～180巴，加熱長度為550～700mm；其他道次變形中，加熱長度從加厚端變形起始點到管端。
2.如權(quán)利要求1所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)加厚步驟中加熱溫度如此控制加厚端過渡部分的加熱溫度較變形縮短部分低30～150℃。
3.如權(quán)利要求1所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述先內(nèi)加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制為170巴，壁厚鍛造比控制為1.1～1.3。
4.如權(quán)利要求1或3所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述先內(nèi)加厚步驟還包括第二道次變形，加熱長度從加厚端變形起始點到管端，頂鍛壓力控制在140～160巴，壁厚鍛造比控制在1.4～1.5。
5.如權(quán)利要求1所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述再外加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制在120～140巴，壁厚鍛造比控制在1.2～1.4。
6.如權(quán)利要求1或5所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述再外加厚步驟還包括第二道次變形，加熱長度從加厚端變形起始點到管端，頂鍛壓力控制在90～100巴，壁厚鍛造比控制在1.1～1.5。
7.如權(quán)利要求1所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述最后內(nèi)加厚步驟的第一道次變形中，頂鍛壓力控制在60～80巴，壁厚鍛造比控制為1.2～1.5。
8.如權(quán)利要求1所述的超長加厚端鉆桿的制造方法，其特征在于，所述方法通過與加厚步驟相應(yīng)的加厚模和加厚沖頭來實施。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超長加厚端鉆桿的制造方法，其包括先內(nèi)加厚、再外加厚，最后內(nèi)加厚三個步驟；其中，每一步驟至少進(jìn)行一道次變形，每道次的壁厚鍛造比控制為1.1～1.5，隨著加厚道次的增加，每道次頂鍛壓力比上一道次減小20～30巴；每一道次中加厚端的加熱溫度控制為1150～1250℃；其中，先內(nèi)加厚步驟在第一道次變形中，頂鍛壓力控制為150～180巴，加熱長度為550～700mm；其他道次變形中，加熱長度從加厚端變形起始點到管端。本發(fā)明在變形長度很大的條件下，消除原始壁厚不均對加厚端長度的影響，并避免發(fā)生管子拉斷及內(nèi)加厚過渡帶處產(chǎn)生凹坑缺陷，制造出超長加厚端鉆桿。
文檔編號B21J5/06GK101096044SQ20061002855
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者張建偉, 偉 王, 居琛峻, 王小寶 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司