[发明专利]页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造与热处理领域，具体涉及一种页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法。

背景技术

钻井泥浆泵是页岩气钻井生产中的重要设备，是钻井工作台的“心脏”。它的主要作用是在钻井时循环钻井泥浆，以达到冲洗井底、携带岩屑、冷却钻头和保护井壁等目的。同时要求冲洗液的上返速度能把钻头切削下来的岩屑、岩粉及时冲离孔底，并可靠地携带到地表。特别是在现代化的高压喷射钻井工作中，起着举足轻重的作用。泵缸是泥浆泵的重要部件，由于工况条件恶劣（活塞冲次l00～260次/min，摩擦温升50～70℃，泥浆碱性PH为9～10，含砂量高达0.3～1%），承受高压（缸压≥35MPa）、高腐蚀（H₂S和CO₂）和高磨损。随着石油开采事业的飞速发展，钻井深度特别是深海采油的钻井深度达近万米或超万米，泥浆泵的排量越来越大，缸压也越来越大。

用于制造钻井泥浆泵泵缸的材质已经越来越引起人们的重视，泵缸使用材料是从最初的35铸钢、40Cr锻钢、CrNi、CrMo发展到CrNiMo合金结构钢。我们针对锻造制作泵缸的截面尺寸大（690×490×1140mm）和FMC公司低温冲击性能（-29℃，Akv：纵向≥42J、横向≥28J）的要求和其恶劣的工况条件，选用淬透性较好的AISI4330MOD钢（CrNiMo合金结构钢）作为钻井泥浆泵泵缸锻件的制造材料。锻件的主要锻造工序、锻件质量、交货及验收严格执行API6A/ISO10423《井口设备和采油树设备规范》及FMC公司的技术文件Doc No：M25077Rev：B。

采用AISI4330MOD材料制造钻井泥浆泵泵缸至今尚无公开报导的先例，也无相关技术资料可查。另外，由于钻井泥浆泵泵缸工况条件恶劣，要求低温韧性-29°夏比V型缺口冲击功纵向≧42J，横向≧28J。因此，若选用AISI4330MOD材料，以常规的锻件制造工艺制造出钻井泥浆泵泵缸，其低温韧性难以满足要求，也无法适用于恶劣的工况条件。

因此，需要一种新的页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术的锻件制造方法在页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件方面的缺陷，提供一种页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法采用如下技术方案：

一种页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件制造方法，包括以下步骤：

（1）以铬镍钼合金结构钢为坯料，采用两次交替镦粗、拔长及未趟次低温大变形量锻造方法对坯料进行锻造，得到泵缸锻坯，所述拔长锻造方法采用高温宽砧强压法，锻造终锻温度为800℃～850℃；

（2）对步骤（1）得到的泵缸锻坯进行扩氢热处理；

（3）对步骤（2）得到的泵缸锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到泵缸毛坯；

（4）对步骤（3）得到的泵缸毛坯加热至900±5℃并保温至少600分钟，出炉空冷至室温；

（5）对步骤（4）得到的泵缸毛坯加热至880±5℃并保温至少400分钟，随炉降温至800±5℃并保温至少200分钟出炉淬火，水冷至泵缸毛坯表面温度150～250℃；

（6）对步骤（5）得到泵缸毛坯加热至310±5℃并保温至少400分钟，再随炉升温至580±5℃保温至少810分钟，出炉水冷至200℃以下再空冷至室温；泵缸毛坯加热至310±5℃并保温至少400分钟，在下贝氏体转变温度区域等温淬火，残余奥氏体转变成韧性较佳的下贝氏体组织。

（7）将经过步骤（6）处理后的泵缸毛坯加热至550±5℃并保温至少405分钟，出炉空冷至室温，即得到所述页岩气采集压力设备泥浆泵泵缸用钢锻件。

更进一步的，所述铬镍钼合金结构钢包括以下质量百分比的各组分：0.28%～0.38%碳、0～0.35%硅、0～0.90%锰、0.80%～1.50%铬、3.00～4.00%镍、0.40%～0.60%钼、0～0.015%磷、0～0.015%硫、0～2.0ppm氢、0.10～0.20%钒、0～0.025%钛、0～0.20%铜、0～0.05%铝、0～0.50%残余元素：铌和其他不可避免的杂质，其余为Fe。

更进一步的，步骤（1）中所述两次交替镦粗、拔长锻造方法，包括以下步骤：