厚壁锻件的热处理方法技术

一种用于热处理厚壁锻件的方法。该方法包括：加热低合金钢至奥氏体化温度，其中该低合金钢包含大约０．０５－０．２ｗｔ．％的碳，大约０．３－０．８ｗｔ．％的锰，和大约０．２５－１．０ｗｔ．％的镍。该方法还包括在淬火介质中淬火该低合金钢，然后回火该低合金钢达小于每英寸临界截面厚度大约三十分钟加上大约两小时。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及热处理厚壁锻件领域。更具体地，本专利技术涉及利用 特定成分的低合金钢和控制回火以及淬火工艺来热处理厚壁锻件。
技术介绍
井控制是油气勘探的重要方面。当在例如油气勘探应用中钻探井时， 安全装置必须放置在适当的位置以防止由于与钻探活动相关联的意外事 件对人员的伤害以及对设备的损坏。油气勘探中的钻井涉及到穿透多种地下地质结构，或"层"。有时， 井眼会穿透具有大大高于井眼中保持的压力的地层压力的层。当这发生 时，该井被称为"遇到井涌(溢流)(kick)"。与井涌相关联的压力增大基本上由地层流体(其可以是液体，气体或其组合)流入井眼中所致。较高 压力的井涌将会从井眼中的进入点向井上(从高压区到低压区域)传播。 如果允许井涌到达地面，那么钻井液、测井仪以及其他钻井结构可能会喷 出井眼。这些"喷出物"会导致钻探设备(包括，例如，钻机)的灾难性 的破坏和井队人员的重大伤亡。因为井喷的危险，通常在深水钻探装置中在地面或海底安装防喷器(BOP)以有效地密封井眼直至能够进行主动测量以控制井涌。BOP可以 这样被启动以使得井涌能够被适当地控制并"循环出"系统。图1表示现有技术中的环形BOPIOI。环形BOP 101包括外壳102、 具有延伸穿过外壳并设置在纵轴线103周围的孔102。密封胶芯105设置 在环形BOP101以内，并且也在纵轴线103周围。密封胶芯105包括弹性 环形体107和多个金属嵌件109。环形BOPIOI由泵入活塞室112的开口 113中的流体致动。该流体施加压力至活塞117，其向上驱动活塞117以 在纵轴线103周围压縮密封胶芯105。在钻杆沿着纵轴线103存在的情况 下，密封胶芯105将密封钻杆的周围。当流体被泵入活塞室的开口 115中 时，环形BOP101进行类似反向运动。然后流体转移向下力至活塞117， 使得密封胶芯径向扩展。可拆卸头U9也能够进入密封胶芯105，从而如 果必要的话能够维修或更换密封胶芯105。因为BOP必须承受高压，因此重要的是BOP的壁较厚且具有均匀的 机械性能抗拉强度和硬度。锻件，比如BOP中使用的锻件， 一般由已 经被热处理以提高强度和达到特定的最小机械性能的低合金钢制成。低合 金钢的热处理通常通过对钢进行正火、奥氏体化、淬火以及回火来完成。 正火涉及加热钢至临界温度以上达充足的时间以精炼钢的铁素体粒度，减 小残留非均匀应力并产生更均匀的机械性能。锻件然后被允许从正火温度 在静止空气中冷却。为了获得最大硬度，金属在奥氏体化后进行液体淬火 处理。奥氏体化包括加热钢至临界温度以上达足够的时间以将颗粒结构转 变为奥氏体以备淬火。在淬火过程中，奥氏体化的金属被浸入淬火介质比 如水、油或聚合物以及在极少的情况下为盐水的淬火槽，可以剧烈地搅动 该淬火介质以达到临界的冷却速度以便实现转变成主要为贝氏体或马氏 体微结构，从而提高金属的硬度和机械强度。最后，用于该用途的低合金钢总是通过再加热锻件至较低临界温度以下来回火，这降低了淬火金属的 高强度和硬度并提高了金属的延展性和韧性。回火也称为"钢回火"或简 称"回火"。当使用大锻件来生产压力容器时，重要的是在热处理之后钢的增大的 强度尽可能在锻件的整个截面厚度上都均匀。当钢有许多英寸厚时难以获 得均匀的钢强度。当淬火大的锻件时，锻件的与淬火介质相接触的外表面 可具有必要高的冷却速度以获得最大限度的转变和附带的机械特性。然 而，朝向锻件中心的内部金属块的冷却速率随着金属块离表面和淬火介质 越来越远而逐渐变慢。因此，在具有几英寸截面厚度的钢中，在锻件内部 最深处的金属块最难增加金属的机械性能和硬度，因为该金属块不能被快 速地淬火并且在许多情况下不能满足用于产生相转变的最低临界冷却速 度。当使用大锻件来制造压力容器时，重要的是在热处理之后钢的增大的 强度在锻件的整个厚度上尽可能均匀。当钢的厚度为许多英寸厚时难以获 得均匀的钢强度。当淬火大锻件时，锻件的与淬火介质相接触的外表面可 能具有必要高的冷却速度以实现最大的硬度。不过，在锻件内部随着金属 块越来越远离淬火介质，其冷却速度逐渐变慢。因此，在具有数英寸厚度 的钢中，在锻件内部最深处的金属块将最难提高金属的硬度，因为质量块 不能尽快地淬火。淬透性深度是金属在相对较大的截面厚度中均匀地响应于热处理的能力。产业中已经知道低合金钢具有良好的淬透性深度。低合金钢AISI 4130具有从75至80 Ksi的范围的屈服强度，其淬透性深度一般限于大约二英寸，意为通过热处理工序，能够预计给定的屈服强度保持在二英寸的范围内。AISI4140，另一种低合金钢，具有相似的从75至80Ksi的屈服 强度范围和基本上限于六英寸的淬透性深度。对于大的BOP和压力容器，钢的横截面可能超过二十英寸厚。因此， 需要具有大的淬透性深度的钢成分以便获得高强度等级。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及一种用于热处理厚壁锻件的方法。该方法包 括加热低合金钢至奥氏体化温度，其中该低合金钢包含大约0.05-0.2 wt.% 的碳，大约0.3-0.8 wt.Q/。的锰，以及大约0.25-1.0 wt.Q/。的镍。该方法还包括 在淬火介质中淬火该低合金钢，然后回火该低合金钢达小于每英寸临界截 面厚度大约三十分钟加上大约两小时。在另一个方面，本专利技术涉及一种锻件。该锻件包括大约0.05-0.2 wt.°/o 的碳，大约0.3-0.8 wt.。/。的锰，和大约0.25-1.0 wt.。/。的镍。该锻件还包括至 少大约8英寸的横截面厚度，大于大约85Ksi的内部屈服强度，和至多大 约237的布氏(Brinell)硬度值。通过以下说明和权利要求，本专利技术的其他方面和优点将显而易见。附图说明图1表示现有技术的环形防喷器的剖切图。图2表示流程图，图解说明根据本专利技术实施例的一种热处理锻件的方法。图3表示水的冷却能力与水的温度的关系曲线图。 图4表示钢在水中和在盐水中淬火的硬度结果图。具体实施例方式一个方面，本专利技术提供用于热处理厚壁锻件的方法。更具体地，所披露的方法能够用来生成在壁的整个宽度上都需要高硬度等级的BOP。如上所述，为了厚壁锻件承受高压环境，具有特定优选组份的低合金 钢必须被热处理以提高硬度和强度。根据本专利技术一个实施例的一种方法使用包含大约0.05-0.2 wt.。/。的碳， 大约0.3-0.8 wt.。/。的锰，和大约0.25-1.0 wt.。/。的镍的低合金钢。通过这种化 学组成，当根据本专利技术一个实施例被热处理时，该低合金钢能够具有大于 八英寸的淬透性深度。在另一个实施例中，镍的比例可以限定为大约 0.5-1.0 wt.%。除了碳、锰和镍以外， 一个实施例中的低合金钢的化学成分 还可以包括大于0直到大约0.04 wt /。的磷、大于0直到大约0.04%的硫、 大于0直到大约0.5 wt。/。的硅、大约2.0-2.5 wt.。/。的铬，以及大约0.45-1.15 wt。/。的钼。在一个实施例中，钼可以为0.90-1.10 wt.%。除了大的淬透性厚度以外，低合金钢应该呈现出非常高的断裂韧度。 断裂韧度测量在高应变断裂(strain fracture)期间被材料吸收的能量的量。 较韧的材料比脆性材料吸收更多的能量。本专利技术的低合金钢能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理厚壁锻件的方法，该方法包括：加热低合金钢至奥氏体化温度，其中该低合金钢包含大约０．０５－０．２ｗｔ．％的碳、大约０．３－０．８ｗｔ．％的锰和大约０．２５－１．０ｗｔ．％的镍；在淬火介质中淬火该低合金钢；以及回火该低合金钢达小于每英寸临界截面厚度大约三十分钟加上大约两小时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利蒲A胡夫，
申请(专利权)人：海德尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[]