一种165钢级钻杆焊缝热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，钻杆焊缝是由钻杆接头和钻杆管体经摩擦焊接形成的，钻杆接头钢级为135ksi，钻杆管体钢级为165ksi；包括步骤1‑淬火、步骤2‑第一次回火和步骤3‑第二次回火，所述步骤3‑第二次回火时，将回火线圈中心对准焊缝偏管体的一侧8～12mm处。本发明专利技术降低了焊缝管体侧硬度，使整个焊区组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及石油钻杆


技术介绍

随着石油钻井技术的发展，钻井深度越来越深，井身结构越来越复杂，对石油钻杆的性能要求也是越来越高。为了满足钻井技术的需求，目前，钻杆管体强度已经提高至165ksi。165钢级钻杆是通过摩擦焊接工艺将165ksi钻杆管体和135ksi钻杆接头焊接在一起。165ksi钻杆管体材料的化学成分为：C:0.22～0.25%，Si：0.22～0.28%，Mn：0.40～0.55%，P:≤0.010，S≤0.005，Cr：0.95～1.10%，Ni：0.55～0.65%，V:0.13～0.17%。135ksi钻杆接头材料的化学成分为：C:0.35～0.38%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.85～0.95%，P:≤0.013，S≤0.005，Cr：1.10～1.20%，Ni：≤0.25%，V:≤0.03%。由于钻杆管体和钻杆接头的化学成分和热处理工艺不同，导致钻杆管体和钻杆接头的机械强度、材料硬度等性能均有较大差异，165钢级钻杆将两种性能差异较大的材料摩擦焊接在一起，采用常规钻杆焊缝热处理方式容易导致焊缝偏管体侧硬度过高，通常焊区剖面硬度≥40HRC（技术要求≤37HRC）,并且沿钻杆周向的焊缝冲击韧性（-20℃条件下）不均匀，冲击值波动较大。目前的钻杆焊缝热处理方法只包括淬火和回火两个步骤，未对焊缝两侧差异较大的材料采取特殊处理，会造成焊缝管体侧硬度过高、焊缝冲击韧性不均匀、影响使用寿命的实际问题。

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，降低了焊缝管体侧硬度，使整个焊区组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。
为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，所述钻杆焊缝是由钻杆接头和钻杆管体经摩擦焊接形成的，钻杆接头钢级为135ksi，钻杆管体钢级为165ksi；包括步骤1-淬火、步骤2-第一次回火和步骤3-第二次回火，所述步骤3-第二次回火时，将回火线圈中心对准焊缝偏管体的一侧8～12mm处。
进一步地，步骤3-第二次回火具体包括：（1）将冷却至室温的钻杆焊区送至回火线圈位置，并将回火线圈中心对准焊缝偏管体侧10mm处；（2）用35～38秒时间，将焊区温度升高至645～655℃，并保温250～260秒后，空气冷却至室温。
进一步地，步骤1-淬火具体包括：（1）将钻杆焊区送至淬火线圈位置，并将焊缝与淬火线圈中心位置对齐；（2）用35～40秒时间，将焊区温度升高至925～935℃，并保温85～95秒；（3）压缩空气淬火，焊缝内外表面均采用压缩空气淬火，淬火空气出口压力≥4.5kg/cm2，焊缝外表面冷却流量8～9m3/min，焊缝内表面冷却流量4～5m3/min；（4）保温结束到压缩空气淬火时间间隔≤5秒。
进一步地，步骤2-第一次回火具体包括：（1）将钻杆焊区送至回火线圈位置，并将焊缝与回火线圈中心位置对齐；（2）用39～42秒时间，将焊区温度升高至755～765℃，并保温175～185秒后，空气冷却至室温。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，淬火时焊缝内外表面淬火均使用压缩空气淬火，通过内外表面冷却空气流量以及最终出口压力的控制，使马氏体组织转变更加充分，获得更加均匀的马氏体组织。第一次回火时，采用超高温度回火，使马氏体充分分解，α-Fe中固溶的碳明显减少，使得碳固溶强化的作用大大减弱。第二次回火时，为避免焊缝接头侧渗碳体继续析出，导致焊缝接头侧硬度偏低，因此将回火线圈向管体侧偏移8～12mm进行第二次回火处理，降低焊缝管体侧硬度，并且大幅延长保温时间，使整个焊区应力释放更加彻底，组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。
附图说明
图1是淬火时线圈位置示意图；
图2是第一次回火时线圈位置示意图；
图3是第二次回火时线圈位置示意图；
图4是拉伸、冲击试验取样分布图；
图5是剖面硬度试验采样点分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
本专利技术一种165钢级钻杆焊缝热处理方法的一个实施例，包括：步骤1-淬火、步骤2-第一次回火和步骤3-第二次回火。
步骤1-淬火的具体步骤及参数如下：
（1）将钻杆焊区送至淬火线圈位置，并将焊缝与淬火线圈中心位置对齐，如图1所示；
（2）用35～40秒时间，将焊区温度升高至925～935℃，并保温85～95秒；
（3）压缩空气淬火，焊缝内外表面均采用压缩空气淬火，淬火空气出口压力≥4.5kg/cm2，焊缝外表面冷却流量8～9m3/min，焊缝内表面冷却流量4～5m3/min；
（4）保温结束到压缩空气淬火时间间隔≤5秒。
步骤2-第一次回火的具体步骤及参数如下：
（1）将钻杆焊区送至回火线圈位置，并将焊缝与回火线圈中心位置对齐，如图2所示；
（2）用39～42秒时间，将焊区温度升高至755～765℃，并保温175～185秒后，空气冷却至室温。
步骤3-第二次回火的具体步骤及参数如下：
（1）将冷却至室温的钻杆焊区送至回火线圈位置，并将回火线圈中心对准焊缝偏管体侧8～12mm处，如图3所示；
（2）用35～38秒时间，将焊区温度升高至645～655℃，并保温250～260秒后，空气冷却至室温。
如图4所示，在钻杆焊区取三个轴向截面，这三个轴向截面沿周向120°均匀分布，如图5所示，在每个轴向截面上再取14个采样点做试验。试验结果如表1和表2所示。
本专利技术提供的一种165钢级钻杆焊缝热处理方法能够使165钢级钻杆焊区的屈服强度≥862MPa，抗拉强度≥931MPa，焊区剖面硬度≤37HRC,平均冲击功≥42J(10×10，-20℃)，沿周向120°分布（如图4所示）冲击功差值≤20J。
采用上述技术方案后，淬火时焊缝内外表面淬火均使用压缩空气淬火，通过内外表面冷却空气流量以及最终出口压力的控制，使马氏体组织转变更加充分，获得更加均匀的马氏体组织。第一次回火时，采用超高温度回火，使马氏体充分分解，α-Fe中固溶的碳明显减少，使得碳固溶强化的作用大大减弱。第二次回火时，为避免焊缝接头侧渗碳体继续析出，导致焊缝接头侧硬度偏低，因此将回火线圈向管体侧偏移8～12mm进行第二次回火处理，降低焊缝管体侧硬度，并且大幅延长保温时间，使整个焊区应力释放更加彻底，组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。
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【技术保护点】
一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，所述钻杆焊缝是由钻杆接头和钻杆管体经摩擦焊接形成的，其特征在于：所述钻杆接头钢级为135ksi，所述钻杆管体钢级为165ksi；包括步骤1‑淬火、步骤2‑第一次回火和步骤3‑第二次回火，所述步骤3‑第二次回火时，将回火线圈中心对准焊缝偏管体的一侧8～12mm处。

【技术特征摘要】
1.一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，所述钻杆焊缝是由钻杆接头和钻杆管体经摩擦焊接形成的，其特征在于：所述钻杆接头钢级为135ksi，所述钻杆管体钢级为165ksi；包括步骤1-淬火、步骤2-第一次回火和步骤3-第二次回火，所述步骤3-第二次回火时，将回火线圈中心对准焊缝偏管体的一侧8～12mm处。
2.根据权利要求１所述的一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，其特征在于所述步骤3-第二次回火具体包括：（1）将冷却至室温的钻杆焊区送至回火线圈位置，并将回火线圈中心对准焊缝偏管体侧10mm处；（2）用35～38秒时间，将焊区温度升高至645～655℃，并保温250～260秒后，空气冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉松，陈长青，王显林，王青林，李齐富，纪海涛，孔令楠，李真，杨文付，左斌，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，渤海能克钻杆有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12