[发明专利]一种-60℃极地钻机用游车大钩整体锻造钩筒的制造方法

说明书

本发明提供了一种‑60℃极地钻机用游车大钩整体锻造钩筒及其制造方法：锻造钩筒，上部为四方体，四方体上设有销孔，下部为圆柱体，圆柱体上设有垫板及销孔，中间圆锥过渡，内部为阶梯通孔，制造方法包括：（1）锻造：毛坯预先经过镦粗和拔长，然后在模具内镦粗、冲孔，穿芯轴在V型砧内拔长，在平砧上锻成四方体，最后在模具内校正成形。（2）热处理：锻后正火，粗加工后正常调质，然后亚温淬火+高温回火。与现有技术相比，本发明制造的钩筒缺陷少、低温韧性好、无损探伤合格率高、体积质量小、生产效率高，同时与原铸造结构具有互换性，质量等级符合美国石油学会API Spec 8C规范的PSL2级，满足‑60℃极地环境的使用要求。

技术领域

本发明涉及石油钻机制造领域，具体涉及一种用于提升井下钻柱、钻具、水龙头等的游车大钩零部件设计和制造。

背景技术

游车大钩是钻机主载荷路径上的关键部件，其作用是悬挂水龙头、提升钻柱和钻具、起升井架和底座。游车大钩制造标准执行美国石油学会API Spec 8C规范，此规范对提升系统提出了很高的要求，不但要求强度足以保证安全系数在2.0～3.0之间，而且主承载件的低温冲击功Akv（-20℃）≥42J，极地环境温度在-45～-60℃，要求Akv（-60℃）≥27J。游车大钩上的关键零件钩筒更是承受着全部工作载荷。钩筒因为形状特殊、壁厚较大，按现有结构锻造难度很大。目前国内外用于制造游车大钩钩筒的方法主要是重力铸造，材质为ZG25CrNiMoA或类似钢种，产品质量等级大多为PSL1级。

现有铸造的钩筒主要存在以下问题：铸造缺陷多（热裂、气孔、夹杂物、缩松等）、、无损探伤合格率低、低温冲击功不能满足-60℃要求、延迟缺陷多等，难以满足API Spec 8C规范中PSL2级的质量要求。且铸件表面为了满足无损检测和喷涂需要，整体人工打磨，效率低，劳动量非常大。目前因为铸造零件的原因，还没有适用-60℃极地环境下的PSL2级的石油钻机游车大钩。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种游车大钩钩筒及其制造方法，钩筒的设计满足API Spec 8C要求，并且能与铸件钩筒互换，其制造方法为随形锻造，在整个零件承载方向上保证完整的锻造纹理，质量等级符合API Spec 8C中PSL2级的要求，并能适用于-60℃极地环境。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：设计一种钩筒，上部为四方体，下部为圆柱体，圆柱体上焊接垫板，中间圆锥过渡，内部为阶梯通孔；所述上部四方体上有两个第一销孔，用于与游车侧板的连接；所述阶梯通孔用于安装钩杆、缓冲弹簧套装、承载轴承及旋转定位缩紧装置；所述垫板上有第二销孔，用于安装制动装置。关于所述钩筒的制造工艺包括以下步骤：

1）锻造：选用中碳铬钼合金钢材料，圆钢下料，采用天然气加热，加热温度1250℃，3-8吨电液锤整体锻造。毛坯预先经过镦粗和拔长，然后在模具内镦粗、冲孔，穿芯轴在V型砧内拔长，在平砧上锻成四方体，最后在模具内校正成形。始锻温度1220℃，终锻温度850℃。锻造比不小于3，锻后缓冷。

2）热处理：采用电阻炉加热，锻后正火AC3+50～70℃空冷；粗加工后淬火AC3以上30～50℃保温，采用PAG淬火介质冷却；再回火580±20℃ 保温后空冷；亚温淬火AC1+30～50℃保温，PAG淬火介质冷却；再回火520～600℃保温后空冷。

3）热处理后进行力学性能、冲击韧性（-20℃、-45℃和-60℃）试验，试验方法执行ASTMA370。

4）精加工成活后锻件经过UT和MT检测, 按ASTM E709和ASTM A388标准检测，验收标准符合API 8C的PSL2质量等级。