用于对长钢管进行热处理的方法技术

提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法。所述钢部件被放置在热处理炉中。然后在预定的氮化温度下将所述钢部件暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段。所述氮化气氛具有预定组分。在将所述钢部件暴露于氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分。缓慢地将所述钢部件冷却至环境温度，然后将它从热处理炉中取出。已被热处理的钢部件与热处理前的钢部件相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对长钢管进行热处理的方法
本专利技术涉及热处理工艺，更特别地，本专利技术涉及一种方法，用于长钢管的可控的热处理，以便显著提高长钢管的耐腐蚀性和耐磨性。
技术介绍
用在地热换热器中并且用于例如在石油和天然气勘探中钻孔的钢管易于遭受显著的磨损(例如产生于磨蚀和气蚀)以及显著的腐蚀(由于暴露于例如盐水、二氧化碳和硫化氢)，从而显著地降低了它们的使用寿命。应用现有技术，通过改变材料、涂覆保护性涂层或者电化学镀而增加用于钻探和地热换热器的钢管的使用寿命。通过应用特别设计的高合金钢(例如不锈钢)而不是碳钢来增加钢管的使用寿命。令人遗憾的是，该方法与材料的巨大成本(例如，不锈钢相对于碳钢的成本)以及生产(包括测试和批准)的改变相关联，所述生产的改变是由于显著不同的材料性质引起的，该不同的材料性质需要不同的成型和焊接过程。替换地，在碳钢管上涂覆保护性涂层，例如，类金刚石碳(DLC)涂层或者聚合物涂层。美国专利申请2008/0135296教导了使用聚脲基涂层以增加钻管的使用寿命。令人遗憾的是，保护性涂层的涂覆与用于将涂层涂覆到管子内表面和外表面上的工艺和设备的巨大成本相关联，例如等离子工艺。而且，大部分保护性涂层不会改善耐磨性，或者仅仅略微地改善耐磨性，同时产生可能的涂层脱层的风险。另一种现有技术是电化学镀。例如，硬铬涂层提供良好的耐腐蚀性和耐磨性。然而，管子内表面的涂覆是耗时的并且昂贵的。应当注意，涂层的涂覆改变了管子的尺寸，通常达到超出制造公差的程度，因此需要设计上的改变。现有技术的热处理过程(诸如氮化过程或者碳氮共渗过程)显著提高了钢的耐磨性，同时还一定程度上提高了耐腐蚀性。通常，热处理过程不需要热处理部件在设计和生产上的改变，并且以有成本效益的方式实施热处理过程。令人遗憾的是，现有技术的热处理过程(诸如美国专利4,563,223中所披露的碳氮共渗过程)包含淬火步骤，所述淬火步骤与热处理部件从通常大于500℃的处理温度快速冷却到室温相关联，从而造成显著的热应力。当由于淬火步骤所造成的热应力施加到用在钻探和地热换热器中的钢管上时，该热应力导致管子的巨大变形(例如曲弧度)超出制造公差。另外，管子内部的淬火流体的量是少的，导致从内表面和外表面不均匀的热去除，从而增加了形状扭曲的风险。应当注意，将液态淬火应用于长钢管还造成了巨大的安全危害，这是由于长管内部相对少量的淬火液体快速地蒸发，造成了爆炸性蒸汽从管子的排出。期望提供一种方法，用于对钢部件进行热处理，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性。还期望提供一种方法，用于对钢部件进行热处理，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，同时显著减少了钢部件暴露于热应力下。还期望提供一种方法，用于对钢部件进行热处理，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，并且可适用于对用在钻探和地热换热器中的钢管进行热处理。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性。本专利技术的另一个目的是提供一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，同时显著减少了钢部件暴露于热应力下。本专利技术的又一个目的是提供一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，并且可适用于对用在钻探和地热换热器中的钢管进行热处理。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法。所述钢部件被放置在热处理炉中。然后在预定的氮化温度下将所述钢部件暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段。所述氮化气氛具有预定组分。在将所述钢部件暴露于所述氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分。缓慢地将所述钢部件冷却至环境温度，然后从所述热处理炉中取出钢部件。已被热处理的钢部件与热处理前的钢部件相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。根据本专利技术的所述方面，提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法。所述钢部件被放置在热处理炉中。然后在预定的氮化温度下将所述钢部件暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段。所述氮化气氛具有预定组分。在将所述钢部件暴露于所述氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分。为了控制所述氮化气氛，分析氮化气氛，并根据它提供分析数据。取决于所述分析数据和氮化气氛的预定组分，应用处理器确定氮化气氛的组合物成分的供应，并且根据它产生供应控制信号。取决于所述供应控制信号，将氮化气氛的组合物成分提供给热处理炉。缓慢地将所述钢部件冷却至环境温度，然后从所述热处理炉中取出钢部件。已被热处理的钢部件与热处理前的钢部件相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。根据本专利技术的另一方面，提供了一种长钢管，其具有内表面和外表面，所述内表面和外表面具有通过用于热处理的方法而产生的热处理表面层。在用于热处理的方法中，将钢管放置在热处理炉中。然后在预定的氮化温度下将钢管暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段。所述氮化气氛具有预定组分。在将所述钢管暴露于氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分。缓慢地将所述钢管冷却至环境温度，然后从热处理炉中取出钢管。已被热处理的钢管与热处理前的钢管相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种具有内表面和外表面的长钢管，其中所述内表面和外表面具有热处理表面层，其提供了显著的耐腐蚀性和耐磨性，并且所述钢管具有每1米长度小于1.1mm的曲弧度。本专利技术的优势在于：它提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性。本专利技术的另一个优势在于：它提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，同时显著减少了钢部件暴露于热应力下。本专利技术的又一个优势在于：它提供了一种用于对钢部件进行热处理的方法，其显著提高了耐磨性和耐腐蚀性，并且可适用于对用在钻探和地热换热器中的钢管进行热处理。附图说明下面参照附图描述本专利技术的优选实施例，其中：图1a是简化流程图，其显示了根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法；图1b和1c是简化流程图，其显示了根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法的控制过程；图2是简化方框图，其显示了热处理炉系统，该系统适于实施根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法；图3a和3b是简化方框图，其分别显示了长钢管的横截面视图和侧视图，该长钢管应用根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法进行热处理；图4a是简化方框图，其显示了热处理炉的横截面视图，该热处理炉适于应用根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法对长钢管进行热处理；以及图4b是简化方框图，其显示了用于在图4a所示的热处理炉中保持钢管的架子的俯视图。具体实施方式除非另外限定，否则这里所使用的所有技术术语和科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的意义相同的含义。尽管在本专利技术的实践或试验中可以使用与这里所述方法及材料类似或者等同的任何方法和材料，但是现在描述优选的方法和材料。虽然以下优选实施例的描述是参照对碳钢管的热处理而进行的(所述碳钢管用在钻探和地热换热器中)，但是本领域的普通技术人员清楚：本专利技术的实施例并非限制于此，而是也适用于对各种其它钢部件以及其它类型的钢(诸如合金钢和不锈钢)进行热处理。参照图1a至1c，提供了根据本专利技术优选实施例的用于对钢部件进行热处理的方法。在步骤10，将钢部件放置在热处理炉中。例如，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对钢部件进行热处理的方法，包括：将所述钢部件放置在热处理炉中；在预定的氮化温度下将所述钢部件暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段，所述氮化气氛具有预定组分；在将所述钢部件暴露于所述氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分；缓慢地将所述钢部件冷却至环境温度；以及从所述热处理炉中取出已被热处理的钢部件，所述已被热处理的钢部件与热处理前的钢部件相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.06 CA 28666461.一种用于对钢部件进行热处理的方法，包括：将所述钢部件放置在热处理炉中；在预定的氮化温度下将所述钢部件暴露于氮化气氛中一个预定的氮化时段，所述氮化气氛具有预定组分；在将所述钢部件暴露于所述氮化气氛的同时，控制所述氮化气氛的组分；缓慢地将所述钢部件冷却至环境温度；以及从所述热处理炉中取出已被热处理的钢部件，所述已被热处理的钢部件与热处理前的钢部件相比具有显著提高的耐腐蚀性和耐磨性。2.根据权利要求1所述的方法，包括：将所述钢部件在预定的氧化温度下暴露于氧化气氛中一个预定的氧化时段。3.根据权利要求2所述的方法，包括：将所述钢部件冷却至所述氧化温度，并且在所述冷却期间将所述钢部件暴露于非氧化气氛中。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钢部件以每分钟20℃或更小的速率被冷却至环境温度。5.根据权利要求1所述的方法，包括：在冷却至环境温度期间，将所述钢部件暴露于非反应性气体气氛中。6.根据权利要求1所述的方法，包括：将含碳气体添加至所述氮化气氛中。7.根据权利要求1所述的方法，包括：分析热处理炉中的氮化气氛，以及根据它提供分析数据。8.根据权利要求7所述的方法，包括：取决于所述分析数据和氮化气氛的预定组分，使用处理器确定氮化气氛的组合物成分的供应，并且根据它产生供应控制信号；以及取决于所述供应控制信号将氮化气氛的组合物成分提供给热处理炉。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述组合物成分包括氨基气氛。10.根据权利要求8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·约瑟夫·科尔温，德米特罗·科谢尔，
申请(专利权)人：九零一三八五七加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA