專利名稱：一種空心鉆鋌熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油專用管材生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空心鉆鋌熱處理工藝。
背景技術(shù)：
隨著全球能源供應的日趨緊張，各國正在加緊對地下能源進行鉆探開采，對鉆鋌 類易耗產(chǎn)品的需求也在不斷擴大，對鉆鋌的質(zhì)量和多樣性提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計，全世 界每年約需各類鉆鋌170萬噸，而鉆具市場的實際供應量只有70萬噸，僅能供應41. 2%的 市場需求，因此，需求方往往需要提前半年預定購買。鉆鋌產(chǎn)品供不應求，訂單接連不斷，怎 樣提高鉆鋌生產(chǎn)能力、擴大市場占有率，是每一個鉆鋌生產(chǎn)廠家急需解決的緊迫問題。熱處理是影響鉆鋌生產(chǎn)能力及鉆鋌質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，主要問題集中在工藝次序和 加熱方式上1)現(xiàn)有鉆鋌生產(chǎn)工藝的主要步驟是先對工件進行粗加工，熱處理后再進行精加 工，精加工時才掏內(nèi)孔。此時，鉆鋌已經(jīng)淬火和回火處理，其硬度提高，機加工難度增大。此 外，工件先后需經(jīng)兩次機加工，工序設(shè)計繁瑣，生產(chǎn)效率低，而且熱處理前只是粗加工，放料 量大，造成了不必要的原料浪費。若在淬火前就將工件加工到位(先掏出內(nèi)孔)，然后再直 接進行熱處理，淬火時內(nèi)孔進水會使工件從兩端開始往里產(chǎn)生長短不等的縱向裂紋。這是 因為淬火中水沿工件端口向內(nèi)沖刷時，內(nèi)壁與外壁同時進行淬火，使工件端部產(chǎn)生大量的 淬火應力，鉆鋌端頭內(nèi)壁在組織應力作用下表現(xiàn)為強大的拉應力，當應力超過斷裂抗力時 則產(chǎn)生裂紋。試驗時裂紋率竟能夠達到100%，嚴重影響了生產(chǎn)進度和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，熱處理后內(nèi)孔會有一定程度的脹大(即出現(xiàn)脹孔現(xiàn)象)，與實際需要的設(shè)計 尺寸不符，也會影響鉆鋌質(zhì)量。2)各生產(chǎn)廠家普遍采用井式爐或臺車爐對鉆鋌進行加熱，這種熱處理方式工藝成 熟，質(zhì)量穩(wěn)定性好，但其投資大，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，很多廠家并不將其作為擴展 生產(chǎn)能力的首選。電磁加熱技術(shù)具有能耗低、熱效率高、溫度提升快、溫度控制精度高等優(yōu) 點，被廣泛應用于許多行業(yè)。中頻熱處理技術(shù)屬于電磁加熱技術(shù)的一種形式，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡 單、價格相對較低，而且具有加熱速度快、能耗低、冷卻烈度大等優(yōu)勢，工件最終的力學性能 優(yōu)于用井式爐或臺車爐生產(chǎn)的工件。但電磁感應熱處理技術(shù)也有一定缺陷，如工藝穩(wěn)定性 差、加熱層淺等。目前，國內(nèi)外暫時還沒有將中頻熱處理技術(shù)應用于鉆鋌生產(chǎn)，缺乏成熟的 工藝作參考，如何在提升生產(chǎn)效率的同時保證質(zhì)量，仍是丞待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種空心鉆鋌熱處理工藝，該工藝有助于提高鉆鋌的生 產(chǎn)效率，節(jié)約原材料。為達上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種空心鉆鋌熱處理工藝，步驟包括 在工件上加工出內(nèi)孔、淬火、回火，淬火前先向內(nèi)孔中塞入巖棉，然后用耐火泥封堵上端口。熱處理前內(nèi)孔的加工直徑較最終需要的設(shè)計直徑減小一定值對外徑規(guī)格Φ =
388 159mm的鉆鋌，內(nèi)孔直徑的減小值為0. 6 Imm ；對外徑規(guī)格Φ = 159 165mm的鉆 鋌，內(nèi)孔直徑的減小值為0. 9 1. 3mm ；對外徑規(guī)格Φ = 178 216mm的鉆鋌，內(nèi)孔直徑的 減小值為1. 5 1. 9mmο 所述熱處理工藝中，用中頻爐對工件進行淬火和回火加熱，淬火加熱溫度為
850 900°C，回火加熱溫度為650 700°C，加熱時間為25 50min。 淬火冷卻方式為純水噴淋水冷，水溫32 44°C，水壓0. 1 0. 7Mpa。本發(fā)明的鉆鋌熱處理工藝將原先的熱處理后鉆孔改為在熱處理前鉆孔，使機加由 原來的兩次加工改為一次成型，簡化了鉆鋌的加工工序，能夠大大提升生產(chǎn)進度。同時，調(diào) 質(zhì)前工件的硬度較調(diào)質(zhì)后低許多，調(diào)質(zhì)前鉆孔其難度大大降低，減少了打刀次數(shù)，節(jié)約了大 量的生產(chǎn)成本，減少了工具工裝的損耗量。采用本發(fā)明的熱處理工藝后，鍛造工件的形狀由 臺階軸變成圓棒，不僅降低了加工難度，提高了生產(chǎn)效率，還縮小了直徑加放的余料，降低 了原材料的損耗，每一錠型可多出一件產(chǎn)品。此外，熱處理工件由原來的實心改為空心，大 大縮短了鉆鋌淬火、回火的加熱時間及冷卻時間，淬火冷卻由原來的水淬油冷改為純水冷， 每支鉆鋌的熱處理時間降至兩個小時以下，即節(jié)約了能源消耗，又縮短了生產(chǎn)時間，加快了 生產(chǎn)進度，從而使鉆鋌的整個生產(chǎn)周期大大縮短。為了能夠在達到上述效果的基礎(chǔ)上不影響產(chǎn)品質(zhì)量，本工藝在熱處理前用巖棉和 耐火泥對工件內(nèi)孔進行了組合封堵。如果只用耐火泥，一旦耐火泥和稀了，淬火水就會將泥 沖刷掉進而流入內(nèi)孔，和干了易燒結(jié)開裂，仍會有少量水進入工件內(nèi)孔。若采用本發(fā)明的耐 火泥和巖棉混合堵水法則能夠很好地解決問題即使有少量水通過耐火泥進入內(nèi)孔，塞在 工件內(nèi)孔中的巖棉會很快將水吸收從而阻止水繼續(xù)向內(nèi)擴展。試生產(chǎn)證實，此法能將工件 的裂紋率降到2%以下。這種工藝變化看似簡單，卻解決了空心鉆鋌熱處理中的瓶頸問題， 為鉆鋌的大批量生產(chǎn)打開了局面。事實上，發(fā)明人此前也進行了很多嘗試，但效果都不如上述方法理想。例如1)漏 水蓋板法最初設(shè)備采用半圓形淬火水圈時，將薄板彎成半圓形，在工件即將通過噴淋區(qū) 時，由操作工用鐵絲吊著罩在工件上端部邊緣，雖可防止端部進水，但操作起來非常麻煩， 效率低且不好控制，冷卻效果不均勻；2)用金屬堵頭封堵工件內(nèi)孔金屬堵頭與工件內(nèi)孔 結(jié)合不夠緊密，而且金屬堵頭的制作成本高、難度大且不耐用，幾次淬火后堵頭就基本報廢 了 ；3)往內(nèi)孔吹壓縮空氣這種方法在單支處理時可以，但在連續(xù)生產(chǎn)時因前后工件相鄰 很近，會把水吹到前面已淬完火的工件上，因此也不合適。除采取恰當?shù)姆舛轮ㄍ?，本發(fā)明還在加工內(nèi)孔時預留了適量脹孔空間，熱處理 后脹大的內(nèi)孔尺寸正好與實際需要的設(shè)計尺寸相符，從而有效解決了生產(chǎn)難題，保證了鉆 鋌的質(zhì)量。


圖1是端口經(jīng)巖棉和耐火泥封堵后的鉆鋌的軸向剖面圖。
具體實施例方式一種空心鉆鋌熱處理工藝，步驟包括1)對工件進行機加工，加工出鉆鋌內(nèi)孔，此時要求內(nèi)孔的加工直徑較最終需要的設(shè)計直徑減小一定值，具體減小值參見表1。2)封堵內(nèi)孔如圖1所示，先向空心鉆鋌3的內(nèi)孔中塞入巖棉2，然后用耐火泥1
封堵上端口。3)上料將規(guī)格相同的空心引棒和空心鉆鋌3吊至上料輥道送入中頻爐中，爐體 長6m，控制工件走速為0. 12m/min 0. 24m/min。4)淬火將工件加熱到850 900°C，使工件內(nèi)外實現(xiàn)均勻奧氏體化；對工件進行 噴淋水冷(水溫32 44°C )，得到馬氏體組織。5)回火將工件加熱到650 700°C，得到均勻的回火索氏體組織；對工件進行噴 淋水冷(水溫32 44°C )。6)將工件吊出出料輥道，進行校直。以4145H鋼種、規(guī)格為7〃的空心鉆鋌為例，依照上述方法生產(chǎn)，鉆鋌的抗拉強度 平均大于980Mpa，V型沖擊功平均大于65J。(4145H鋼禾中:C = 0. 44 0. 48%、Si = 0. 20 0. 35%, Mn = 0. 80 1. 25%, Cr = 0. 90 1. 20%, Mo = 0. 18 0. 25%, Ni 彡 0. 25%, S 彡 0. 025%,P 彡 0. 025%。)表1不同規(guī)格鉆鋌加工尺寸的減小值
權(quán)利要求
一種空心鉆鋌熱處理工藝，步驟包括在工件上加工出內(nèi)孔、淬火、回火，其特征是，淬火前先向內(nèi)孔中塞入巖棉，然后用耐火泥封堵上端口。
2.如權(quán)利要求1所述的空心鉆鋌熱處理工藝，其特征是，熱處理前內(nèi)孔的加工直徑較 最終需要的設(shè)計直徑減小一定值對外徑規(guī)格Φ = 88 159mm的鉆鋌，內(nèi)孔直徑的減小值 為0. 6 Imm ；對外徑規(guī)格Φ = 159 165mm的鉆鋌，內(nèi)孔直徑的減小值為0. 9 1. 3mm ； 對外徑規(guī)格Φ = 178 216mm的鉆鋌，內(nèi)孔直徑的減小值為1. 5 1. 9mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的空心鉆鋌熱處理工藝，其特征是，用中頻爐對工件進行淬火 和回火加熱，淬火加熱溫度為850 900°C，回火加熱溫度為650 700°C，加熱時間為25 50mino
4.如權(quán)利要求3所述的空心鉆鋌熱處理工藝，其特征是，淬火冷卻方式為純水噴淋水 冷,水溫32 44°C，水壓0. 1 0. 7Mpa。
全文摘要
一種空心鉆鋌熱處理工藝，屬于石油專用管材生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，步驟包括在工件上加工出內(nèi)孔、淬火、回火，其特征是，淬火前先向內(nèi)孔中塞入巖棉，然后用耐火泥封堵上端口。本發(fā)明的鉆鋌熱處理工藝將原先的熱處理后鉆孔改為在熱處理前鉆孔，使機加由原來的兩次加工改為一次成型，簡化了鉆鋌的加工工序；同時由于調(diào)質(zhì)前工件的硬度較調(diào)質(zhì)后低許多，鉆孔難度大大降低，減少了打刀次數(shù)和工裝損耗。采用本發(fā)明的熱處理工藝后，鍛造工件的形狀由臺階軸變成圓棒，加工難度和原材料損耗降低。此外，熱處理工件由原來的實心改為空心，大大縮短了鉆鋌淬火、回火的加熱時間及冷卻時間，加快了生產(chǎn)進度，從而使鉆鋌的整個生產(chǎn)周期大大縮短。
文檔編號C21D11/00GK101942550SQ201010272998
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者章學龍, 許海營, 趙穎, 高全德, 黃存濤 申請人:中原特鋼股份有限公司