[发明专利]一种165钢级钻杆焊缝热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻杆技术领域。

背景技术

随着石油钻井技术的发展，钻井深度越来越深，井身结构越来越复杂，对石油钻杆的性能要求也是越来越高。为了满足钻井技术的需求，目前，钻杆管体强度已经提高至165ksi。165钢级钻杆是通过摩擦焊接工艺将165ksi钻杆管体和135ksi钻杆接头焊接在一起。165ksi钻杆管体材料的化学成分为：C:0.22～0.25%，Si：0.22～0.28%，Mn：0.40～0.55%，P:≤0.010，S≤0.005，Cr：0.95～1.10%，Ni：0.55～0.65%，V:0.13～0.17%。135ksi钻杆接头材料的化学成分为：C:0.35～0.38%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.85～0.95%，P:≤0.013，S≤0.005，Cr：1.10～1.20%，Ni：≤0.25%，V:≤0.03%。由于钻杆管体和钻杆接头的化学成分和热处理工艺不同，导致钻杆管体和钻杆接头的机械强度、材料硬度等性能均有较大差异，165钢级钻杆将两种性能差异较大的材料摩擦焊接在一起，采用常规钻杆焊缝热处理方式容易导致焊缝偏管体侧硬度过高，通常焊区剖面硬度≥40HRC（技术要求≤37HRC）,并且沿钻杆周向的焊缝冲击韧性（-20℃条件下）不均匀，冲击值波动较大。目前的钻杆焊缝热处理方法只包括淬火和回火两个步骤，未对焊缝两侧差异较大的材料采取特殊处理，会造成焊缝管体侧硬度过高、焊缝冲击韧性不均匀、影响使用寿命的实际问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，降低了焊缝管体侧硬度，使整个焊区组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，所述钻杆焊缝是由钻杆接头和钻杆管体经摩擦焊接形成的，钻杆接头钢级为135ksi，钻杆管体钢级为165ksi；包括步骤1-淬火、步骤2-第一次回火和步骤3-第二次回火，所述步骤3-第二次回火时，将回火线圈中心对准焊缝偏管体的一侧8～12mm处。

进一步地，步骤3-第二次回火具体包括：（1）将冷却至室温的钻杆焊区送至回火线圈位置，并将回火线圈中心对准焊缝偏管体侧10mm处；（2）用35～38秒时间，将焊区温度升高至645～655℃，并保温250～260秒后，空气冷却至室温。

进一步地，步骤1-淬火具体包括：（1）将钻杆焊区送至淬火线圈位置，并将焊缝与淬火线圈中心位置对齐；（2）用35～40秒时间，将焊区温度升高至925～935℃，并保温85～95秒；（3）压缩空气淬火，焊缝内外表面均采用压缩空气淬火，淬火空气出口压力≥4.5kg/cm²，焊缝外表面冷却流量8～9m³/min，焊缝内表面冷却流量4～5m³/min；（4）保温结束到压缩空气淬火时间间隔≤5秒。

进一步地，步骤2-第一次回火具体包括：（1）将钻杆焊区送至回火线圈位置，并将焊缝与回火线圈中心位置对齐；（2）用39～42秒时间，将焊区温度升高至755～765℃，并保温175～185秒后，空气冷却至室温。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种165钢级钻杆焊缝热处理方法，淬火时焊缝内外表面淬火均使用压缩空气淬火，通过内外表面冷却空气流量以及最终出口压力的控制，使马氏体组织转变更加充分，获得更加均匀的马氏体组织。第一次回火时，采用超高温度回火，使马氏体充分分解，α-Fe中固溶的碳明显减少，使得碳固溶强化的作用大大减弱。第二次回火时，为避免焊缝接头侧渗碳体继续析出，导致焊缝接头侧硬度偏低，因此将回火线圈向管体侧偏移8～12mm进行第二次回火处理，降低焊缝管体侧硬度，并且大幅延长保温时间，使整个焊区应力释放更加彻底，组织更加均匀，获得较好的综合机械性能，提高使用寿命。

附图说明

图1是淬火时线圈位置示意图；

图2是第一次回火时线圈位置示意图；

图3是第二次回火时线圈位置示意图；

图4是拉伸、冲击试验取样分布图；

图5是剖面硬度试验采样点分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明一种165钢级钻杆焊缝热处理方法的一个实施例，包括：步骤1-淬火、步骤2-第一次回火和步骤3-第二次回火。