[发明专利]一种钻杆接头热处理淬火工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻杆接头热处理工艺及其装置，尤其是一种钻杆接头热处理淬火工艺及其装置。

背景技术

用于石油钻探的钻杆是按照API SPEC 5DP和NS-1标准生产制造的。石油钻杆接头必须通过调质处理来提高整体机械性能。石油钻杆接头的调质处理过程包括奥氏体化、淬火冷却和高温回火3个过程。其中淬火是一个重要的热处理过程，淬火是指将钢加热至临界点AC3以上的一定温度，保温一段时间以后以大于临界冷却速度的速度冷却到马氏体的热处理工艺。淬火的主要目的是使奥氏体化后的工件获得尽可能多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能。

目前，随着石油天然气工业的迅速发展，对于钻杆的质量要求尤其是钻杆接头的整体机械性能要求也越来越高。在钻杆接头的淬火冷却中，对于组织转变的温度和速度控制一直以来都是技术攻关的重点和难点。国内的石油钻杆接头生产厂家主要采用淬火油对钻杆接头进行淬火冷却。钻杆接头在淬火炉内升温至900℃左右，保温一段时间，保证接头材质奥氏体化均匀，再进入50℃左右的淬火油槽中进行淬火冷却，待接头冷却至油温时停止冷却。接头在冷却过程中，淬火油槽要持续循环换热，使淬火油温度稳定的保持在50℃左右，同时，对托盘上的接头内外壁进行喷射，使接头内外壁冷却均匀。清洗之后进行600℃左右高温回火。

采用淬火油进行钻杆接头淬火冷却的特点是：淬火油稳定性较高，不会因为浓度的变化而使冷却性能改变，热氧化安定性好，使用寿命长；淬火油的沸点高，使得工件在马氏体转变温区的冷却速度比较缓慢，避免产生过大的组织应力，防止工件变形开裂。但是，淬火油的最大冷却速度较小，在中温区的冷却速度较慢，容易使钻杆接头组织在中温区发生珠光体转变，降低钻杆接头的机械性能。

通过实践，发现淬火油除了上述缺点外，对于壁厚在50mm以上的钻杆接头还存在淬火不良的问题，淬火后钻杆接头心部硬度达不到标准要求。

发明内容

本发明提供一种钻杆接头热处理淬火工艺及其装置，具有冷却速度可调、冷却均匀的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种钻杆接头热处理淬火工艺，包括下述步骤：

①钻杆接头在淬火炉中加热并保温后，移动到淬火液槽上方的框架式横移小车上；

②钻杆接头随升降架浸入PAG水基淬火液中进行淬火冷却，钻杆接头下降到位后，喷嘴支架上的外壁喷嘴和内壁喷嘴向钻杆接头喷射淬火液；

③待钻杆接头冷却到40-60℃时，停止淬火冷却，框架式横移小车先向右侧平移，然后向上提升至淬火液槽上方进行控液。

所述钻杆接头为石油钻杆接头；

步骤①中所述加热温度为870-920℃，保温时间为30-60min；

步骤②中所述淬火液槽中淬火液的体积浓度为20%至30%，淬火液的温度为40℃±5℃。

步骤②中所述外壁喷嘴的喷射压力为0.05-0.5MPa，内壁喷嘴的喷射压力为0.05-0.3MPa。

步骤③中所述钻杆接头冷却到40-60℃。

本发明还提供了钻杆接头热处理淬火装置，其特征在于所述装置包括淬火液槽，淬火液槽内设有升降架，淬火液槽底部设有喷嘴支架；

所述升降架通过升降轨道与淬火液槽相连接；升降架上部设有框架式横移小车及其轨道；

所述喷嘴支架上设有外壁喷嘴和内壁喷嘴；

所述淬火液槽底部与换热器相连通；

其中，升降架可以采用液压、电动链条等方式控制；框架式横移小车为液压控制。

本发明采用PAG水基淬火液，水基淬火液的最大冷却速度比淬火油大，而且水基淬火液浓度可调，可以对不同规格钻杆接头采用最合理的淬火冷却速度。

在选择合适的喷射压力时，由于喷嘴喷射压力过大会在淬火液中形成气泡，这样会降低接头在中温区的冷却速度。对此，调整接头外壁喷嘴的喷射压力在0.05-0.5MPa,接头内壁喷嘴的喷射压力在0.05-0.3 MPa，有效的解决了此问题。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.采用PAG水基淬火液对钻杆接头进行淬火冷却，由于水基淬火液浓度可调，解决了大规格、大壁厚工件的淬火不良问题。

2.淬火液槽内设计了钻杆接头内、外壁喷嘴，以保证接头内外壁冷却速度均匀；淬火后的钻杆接头的外壁、心部、内壁硬度均匀，硬度值均为HRC50左右。保障了钻杆接头的淬火质量，有利于提高钻杆接头的整体机械性能，降低废品率。