[发明专利]一种高抗硫的石油钻杆的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高抗硫的石油钻杆的热处理工艺。

背景技术

传统的生产抗硫钻杆的主要工艺过程是：将热轧无缝钢管两端按所需尺寸加厚，然后进行整体调质热处理，制成合格的钻杆管体。将热处理过的工具接头与钻杆管体经摩擦对焊连接后，再进行焊缝热处理，最后经适当机械加工制成石油钻杆。

对于钻杆管体而言，为了保证与工具接头对焊后的强度，必须对管端进行镦粗加厚再与工具接头焊接，钻杆钢级越高，加厚端就越厚。管体在焊接工具接头前需进行整体热处理，以保证使用性能。但是，由于管体与加厚端的厚度存在较大差异，在相同的淬火介质和冷却速度下，比管体厚得多的加厚端淬火后的马氏体量有可能低于管体，从而影响到钻杆的抗硫性能。为了解决这个问题，世界各国的钻杆制造商和研究者做了大量研究与改进，其主要研究方向是改善热处理工艺和设计新的钢种。

目前国内外生产石油钻杆的厂家均采用在水槽中对钻杆整体水淬热处理的方式进行淬火处理，由于水槽中的水温基本相同，冷却能力也基本相同。对于管端和管体壁厚相差较大的钻杆而言，管端越厚，管端相对于管体的冷却速度就越慢，淬火硬度就越低，这样，经淬火回火后钻杆加厚端的强度一般比管体低约50MPa左右，严重时甚至可以低100MPa以上，经淬火回火的钻杆管端硬度总是低于管体。为提高管端的淬火硬度，需提高材料的淬透性，但当材料淬透性增加后，较薄的管体就有淬裂的可能。因此国际上通常采用淬透性适中的Cr-Mo钢或Mn-Mo钢制造高强度钻杆，但其加厚端的组织和抗硫性能则有可能满足不了高抗硫的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高抗硫的石油钻杆的热处理工艺，通过合金元素的调整，使得石油钻杆可以克服现有技术的缺陷，具有优异的抗硫性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高抗硫的石油钻杆的热处理工艺，该石油钻杆的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.14-0.18，Si：0.3-0.5，Mn：0.7-0.9，Cr：1.8-2.2，Mo：1.4-1.6，V：0.2-0.40，Nb：0.07-0.09，Ti：0.06-0.08，Ca：0.01-0.02；Cu：0.05-0.15，P：≤0.015；S：≤0.01；其余为Fe和不可避免杂质；所述热处理工艺包括如下步骤：

1）淬火：加热温度为960-980℃，保温时间为0.5-1.5小时；然后将其放入带有搅拌器的水池中，然后在-80℃进行深冷处理30-40分钟；

2)回火：加热温度为510-530℃，保温时间为2-4小时。

以下是本发明主要元素的作用：

C：C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的韧性，并有可能产生淬火裂纹。

Mn：Mn为奥氏体形成元素，通过稳定奥氏体组织，推迟高温冷却过程中奥氏体向铁素体和贝氏体的转变，从而得到更多的淬火马氏体，提高钢的淬透性。若Mn含量过高，则奥氏体过于稳定，会增加淬火后的残余奥氏体量，影响抗硫性能。

Cr：Cr为碳化物形成元素，可以提高钢的强度和淬透性，太低时效果不明显，太高时会大大提高钢的硬度，影响抗硫性能。

Mo：主要是通过碳化物析出强化及固溶强化形式来提高钢的强度和回火稳定性。Mo的碳化物颗粒细小，不会造成微观组织结构的应力集中，有利于提高抗硫性能。较高的Mo含量在形成Mo的碳化物同时，还会有一部分多余的Mo固溶在基体中，以固溶强化的形式提高钢的回火稳定性。回火稳定性的提高有利于提高回火温度，从而降低热处理后的残余应力，提高抗硫性能。含量过高则大大提高成本。

V：能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了，同时因为价格很高，所以要限制使用量。

Ti：能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了，同时因为价格很高，所以要限制使用量。

Nb：能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了，同时因为价格很高，所以要限制使用量。

Si：为提高浇铸性能必须加入的元素，含量过高会增加钢的脆性。

Ca：Ca与钢中的S优先生成球状CaS夹杂，可以有效避免生产条状MnS夹杂，使夹杂物球化，避免由于夹杂物的尖角造成的应力集中，提高抗硫性能。

Cu：提高耐腐蚀性，提高抗硫性能

S：≤0.015，加入量超过会增加硫化物含量，影响钢的抗硫能力。