[发明专利]一种石油钻杆转换接头及提高其横向冲击韧性的方法

说明书

本发明涉及一种石油钻杆转换接头，按质量分数计，其组成成分分别为，C：0.33％‑0.36％、Si：0.15％‑0.35％、Mn：0.85％‑0.95％、P：≤0.013％、S：≤0.007％、Cr：0.95％‑1.10％、Mo：0.28‑0.33％、Ca：≤0.005％、V：0.03‑0.05％、Alt：0.015～0.040％，N：≤0.008％、O：＜0.0025％、H：＜0.0002％、Alt/N≥5、RE：0.0005‑0.002％，余量为Fe。同时还提供了提高该石油钻杆转换接头横向冲击韧性的方法，在正火工序通过合适的加热温度，提高成分的均匀性。加大冷却速度，降低先共析铁素体，细化铁素体晶粒尺寸。淬火工序中采用水淬提高材料有效淬透深度，防止淬火硬度低且不均，存在软点等不足。回火工序中在采用V、Al微合金化，可在较高回火温度下既提高了材料的韧塑性也能保证合适的强度指标。

技术领域

本发明属于钢产品生产技术领域，具体涉及一种石油钻杆转换接头，同时还提供了提高该石油钻杆转换接头横向冲击韧性的方法。

背景技术

钻杆接头是连接钻杆的重要工具，采用的材质为SAE4137国内牌号接近于37CrMnMo。在石油钻采过程中承受钻具的交变拉应力和交变扭力。是石油钻杆的薄弱环节，80％以上的钻杆事故出现在这个位置，因材料力学性能不足造成的事故在其中占有相当比重。钻杆接头的失效形式有磨损、疲劳断裂、应力腐蚀等。因此接头用钢要求有高的强度、良好的疲劳抗力，良好的耐磨性及焊接性能。美国石油学会API标准所要求的接头机械性能为硬度285-321HBS、抗拉强度大于965MPa，屈服强度大于825MPa，延伸率大于13％为保证不同区域的使用性能，有的还要求面收缩大于54％，-20℃横向冲击功大于54J，纵向冲击功大于69J。根据使用状况及所受冲击载荷的不同，公接头只检验纵向冲击，母接头既检验纵向也检验横向冲击。按照美国石油学会要求以200个成品接头为一组，任取其中一个做破坏性实验，在母螺纹头部去除32mm处切取冲击试样。就当前生产使用现状来看，公接头的冲击功检验结果较为满意，但母接头的横向低温冲击功偏低，有相当数量不合格从而造成废品。

影响钢材冲击韧性的因素有材料的化学成分、热处理状态、冶炼方法、内在缺陷、加工工艺及环境温度。冲击功对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使冲击功值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。现有的工艺时常面临着横向冲击低于标准的情况。且硬度分布不均匀，部分位置出现软点。

基于以上分析，急需一种新工艺解决母接头横向低温冲击功偏低的问题，生产出低成本、高质量的产品。为此在保持现有冶炼、连铸、轧制比较成熟工艺的基础上，在化学成分和热处理方面找到合理有效的解决措施。

发明内容

本专利技术的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种石油钻杆转换接头及提高该石油钻杆转换接头横向冲击韧性的方法，经过成分设计及热处理工艺的改进使横向冲击韧性满足标准要求。本专利的技术解决方案是：

一种石油钻杆转换接头，按质量分数计，其组成成分分别为，C：0.33％-0.36％、Si：0.15％-0.35％、Mn：0.85％-0.95％、P：≤0.013％、S：≤0.007％、Cr：0.95％-1.10％、Mo：0.28-0.33％、Ca：≤0.005％、V：0.03-0.05％、Alt：0.015～0.040％、N：≤0.008％、O：＜0.0025％、H：＜0.0002％、Alt/N≥5、RE：0.0005-0.002％，其中稀土元素组分为：67％的Ce和33％的La制成，余量为Fe。

根据本发明的另一方面，还提供了一种提高石油钻杆转换接头横向冲击韧性的方法，包括如下步骤，