[发明专利]深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造与热处理领域，具体涉及一种深海采油设备阀座用钢锻件锻坯的制造方法。

背景技术

深海采油井口装置和采油树应用于石油开采工业，主要用于悬挂下入井中的油管柱，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业，录取油，套压资料，测试及清蜡等日常生产管理。其中包括用来测量和维修、调节或阻止所产原油蒸汽、天然气和液体从井内涌出的各种类型的阀门，如闸阀、节流阀、旋塞阀、止回阀、节流阀、紧急切断阀等，且使用数量也特别大。由此可见，在深海采油设备系统中，阀门的作用举足轻重。深海采油井口装置和采油树的应用环境苛刻如：富含泥浆、H₂S和CO₂等腐蚀气体。工作压力高，通常为35MPa～69MPa甚至更高，工作温度低，最低为零下50℃左右。作为该系统中的各种阀门的工作环境同样如此，质量要求必须满足石油行业内最严格的标准API6AV1――海底阀门和执行器的测试标准。阀座是阀门所有部件和管线的承载体，不仅要求具有较高的常规综合力学性能，还必须有良好的低温韧性。因此，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》及技术文件MS-011501-11REV.04。

目前，用于制造采油系统的阀座材料通常选用AISI4130(MOD)，属于中等淬透性低合金结构钢，相当于我国的亚共析低合金钢30CrMo。阀座锻件的截面尺寸相对较大(￠590×402×1073mm)，形状复杂，存在多个圆方过渡截面。为保证获得尽可能深的淬硬层深度，热处理工艺要求淬火冷却介质为水。对于截面尺寸相对较大，形状复杂的热处理锻件，淬火时因水的冷却速度过大而形成较大的热应力和组织应力，尤其是在圆方过渡的截面及淬透层与未淬透层的界面处热应力和组织应力更大，由此导致阀座淬裂的几率增大。其次，锻件的尺寸大选用的钢锭也大，大钢锭锻造时往往不能锻透，一些铸态冶金缺陷，如偏析、疏松、缩孔等将不同程度地残留在锻件中，使锻件在热处理过程中将产生更大的应力集中，往往导致锻件在热处理过程中或在热处理结束后的放置过程中发生开裂，或者因内应力的存在而降低零件在服役时的有效承载能力。由上述原因不但影响了阀座的制造质量和正常的生产节奏，还增加制造成本和产品质量信誉度的负面影响。此外，由于阀座处于深海苛刻工况条件，要求低温韧性-60°夏比V型缺口冲击功≥27J。因此，使用AISI4130(MOD)材料，以常规的锻件制造工艺制造出的深海阀座，不但制造工艺和产品质量难以稳定，其低温韧性也难以满足要求，无法适用于深海采油井口装置和采油树这样的苛刻环境，尤其是低温工况环境。

因此，需要一种新的深海采油设备阀座用钢锻件的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深海采油设备阀座用钢锻件方面的缺陷，提供一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法采用如下技术方案：

一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，包括以下步骤：

(1)以铬钼低合金钢为坯料，利用径向十字锻造方法对所述坯料进行锻造，得到阀座锻坯；

(2)对步骤(1)得到的阀座锻坯进行扩氢热处理；

(3)对步骤(2)得到的阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到阀座毛坯；

(4)对步骤(3)得到的阀座毛坯进行正火；

(5)对步骤(4)得到的阀座毛坯利用水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；

(6)将经过步骤(5)处理后的阀座锻件加热至650-670℃并保温680分钟以上，出炉空冷至室温，即得到所述深海采油设备阀座用钢锻件。

有益效果：本发明的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法选用铬钼低合金钢材料，并将锻造工艺和热处理工艺组合起来，即径向十字锻造工艺和正火+水冷/空冷三次循环间歇淬火的调质热处理工艺。不仅有效地防止了形状复杂的大锻淬火开裂，而且制造的深海采油设备阀座用钢锻件的综合力学性能尤其是低温韧性大幅度提高，能很好地适用于深海低温工况环境。

优选的，所述铬钼低合金钢包括以下质量百分比的各组分：0.28%~0.33%碳、0.15%~0.40%硅、0.40%~0.80%锰、0.80%~1.20%铬、0.15%~0.35%钼、0~0.025%磷、0~0.025%硫、0~2.0ppm氢、0~0.50%镍、0~0.035%钒、0~0.35%铜、0~1.0%残余元素：铌、钛和铝，其余为Fe。