CN106319353A - 地质钻杆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地质钻杆及其制造方法，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.23～0.28%，Mn 1.05～1.2%，Si 0.17～0.35%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.15～0.25%，Cr 0.8～1%，余量为Fe及不可避免的杂质；其制造方法为：将上述化学成分通过电炉冶炼成钢水，再连铸成钻杆管坯；采用压力机对钻杆管坯的两端进行一次加热一次成型的加厚处理，得到钻杆管体；通过数控机床加工钻杆公接头和钻杆母接头；利用焊机将钻杆公接头和钻杆母接头通过摩擦焊接的方式焊接在钻杆管体两端的加厚部；采用加热炉按照退火→淬火→回火的工艺路线对焊缝进行调质热处理，自然冷却至室温即得到最终的地质钻杆。本发明的地质钻杆抗拉、抗扭、抗冲击性能好，有效减少了在钻探作业时发生的钻杆接头涨扣、焊缝断裂、管体剌漏等钻具失效事故，提高了钻杆的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻杆，具体涉及一种用于地质勘探和煤矿开采等地质岩心钻探的地质钻杆及其制造方法。
背景技术
钻杆在钻柱系统中起着传递动力、输送泥浆的作用，工作过程中会受到极为苛刻的交变扭矩和震动，因此必须具备良好的抗扭性能和抗冲击性能才能保证钻杆的正常使用。
目前国内使用的地质钻杆多为带螺纹的接头与平端杆体焊接而成。这种钻杆的抗扭性能和抗冲击性能较差，在遇到硬度岩石、地质塌陷等突发变化，造成钻杆的瞬间受力过载现象时，常常会出现接头涨扣、焊缝断裂、管体刺漏等钻具失效事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种地质钻杆及其制造方法，通过合理配比钻杆的成分，采用合适的制造方法制得的钻杆抗拉、抗扭、抗冲击性能好，有效减少了在钻探作业时发生的钻杆接头涨扣、焊缝断裂、管体剌漏等钻具失效事故，提高了钻杆的使用寿命。
本发明的技术方案：一种地质钻杆的制造方法，包括以下步骤：
A、按重量百分比计，将C 0.23～0.28%，Mn 1.05～1.2%，Si 0.17～0.35%，P ≤0.015，S≤0.01，Mo 0.15～0.25%，Cr 0.8～1%，余量为Fe及不可避免的杂质，通过电炉冶炼成钢水，冶炼温度为1230～1350℃，再经过连铸平台连铸，制得钻杆管坯；
B、采用400/800T压力机，在加热温度为1150～1280℃的条件下对步骤A制得的钻杆管坯的两端进行一次加热一次成型的加厚处理，得到钻杆管体；
C、按照钻杆的设计要求，通过数控机床对步骤A制得的钻杆管坯进行加工，制成钻杆公接头和钻杆母接头；
D、利用400BX焊机将步骤C制得的钻杆公接头和钻杆母接头通过摩擦焊接的方式焊接在步骤B制得的钻杆管体两端的加厚部，焊机的顶锻力为280psi，转速为490rpm，转动惯量为4608.5 WK2，焊接后对钻杆管体内、外焊缝处的飞边进行车削；
E、采用中频感应加热炉按照退火→淬火→回火的工艺路线对焊缝进行热处理，其中：退火温度690℃±5℃，保温时间240s；淬火温度935℃±5℃，保温时间45 s，喷淬时间40s；回火温度675 ℃±5℃，保温时间260s，自然冷却至室温即得到最终的地质钻杆。
进一步地，步骤A中采用的电炉为高频电炉，冶炼钢水的温度为1280℃，冶炼后的钢水经VD真空处理，镇静10分钟。
进一步地，步骤A中连铸平台连铸的拉坯速度为2m/min。
进一步地，步骤B中钻杆管体两端采用一次加热一次成型的加厚处理，加热温度为1230℃，成型时间为2～5秒。
进一步地，步骤E中淬火工艺为钻杆的外表喷淬火液并同时往钻杆的内表喷空气。
一种地质钻杆，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.23～0.28%，Mn 1.05～1.2%，Si0.17～0.35%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.15～0.25%，Cr 0.8～1%，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.25%，Mn 1.2%，Si 0.25%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.2%，Cr 1%，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.23%，Mn 1.1%，Si 0.35%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.25%，Cr 0.8%，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.28%，Mn 1.05%，Si 0.17%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.15%，Cr 0.9%，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，Mn 1.05～1.2%，Cr 0.8～1%。
下面分别对各成分的选择予以说明：
碳：为了保障调制处理后材料的力学性能，以免造成钢的力学性能下降，脆性增强。本发明中碳含量控制在0.23～0.28之间。
锰：可促进奥氏体化，增加淬火马氏体含量，细化回火索氏体晶粒，同时锰可替代价格昂贵的钼的一部分作用。因此钢中加入锰的含量相对高些以降低钼含量。但锰含量过高易形成MnS析于晶界而产生微裂纹，故本发明中锰含量控制在1.05%～1.20%。
钼：有提高淬透性以及增强钢的塑性，同时提高回火稳定性，有利于回火索氏体形成，但含量过高会使材料的脱碳性提高，影响强度指标提升，同时钼价格昂贵，从对材料影响的性能及经济两方面衡量，本发明中钼含量控制在0.15%～0.25%。
硅：硅元素加入钢中主要以铬配合发挥其抗氧化性，使马氏体转化时不产生脆性组织，但硅含量过高又会使碳石墨化倾向增大，造成塑性下降，因此本发明中硅含量控制在0.17%～0.35%。
铬：具有提高淬透性作用，在本合金钢中与硅、镍组合可起到提高抗氧化性组织出现以及增加奥氏体化倾向，有利于回火索氏体的形成，因此本发明中铬含量控制在0.80%～1.0%。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过合理配比钻杆的成分，采用合适的制造方法制得的地质钻杆在杆体、焊缝及接头螺纹的抗拉、冲击、抗扭性能方面得到了改善，极大地提高了地质钻杆的性能和使用寿命，能够有效地防止涨扣、焊缝断裂、管体刺漏等钻具失效事故的发生，降低事故率，使地质钻杆获得高产的钻采要求。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
表1为本发明实施例的化学成分表，以重量百分比计，余量为Fe。
上述地质钻杆的制造方法，包括以下步骤：
A、按重量百分比计，将上述实施例中的化学成分（按重量百分比计）加入电炉，通过电炉冶炼成钢水，冶炼温度为1230～1350℃，再经过连铸平台以2m/min的拉坯速度连铸成φ73×9.19的钻杆管坯；
B、采用400/800T压力机，在加热温度为1150～1280℃的条件下对步骤A制得的φ73×9.19钻杆管坯的两端进行一次加热一次成型的加厚处理，得到钻杆管体；
C、按照钻杆的设计要求，通过数控机床对步骤A制得的钻杆管坯进行加工，制成钻杆公接头和钻杆母接头；
D、利用400BX焊机将步骤C制得的钻杆公接头和钻杆母接头通过摩擦焊接的方式焊接在步骤B制得的钻杆管体两端的加厚部，焊机的顶锻力为280psi，转速为490rpm，转动惯量为4608.5 WK2，焊接后对钻杆管体内、外焊缝处的飞边进行车削；
E、采用中频感应加热炉按照退火→淬火→回火的工艺路线对焊缝进行热处理，其中：退火温度690℃±5℃，保温时间240s；淬火温度935℃±5℃，保温时间45 s，喷淬时间40s；回火温度675 ℃±5℃，保温时间260s，自然冷却至室温即得到最终的地质钻杆。
上述实施例得到的地质钻杆的力学性能如表2所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.地质钻杆的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
A、按重量百分比计，将C 0.23～0.28%，Mn 1.05～1.2%，Si 0.17～0.35%，P ≤0.015，S≤0.01，Mo 0.15～0.25%，Cr 0.8～1%，余量为Fe及不可避免的杂质，通过电炉冶炼成钢水，冶炼温度为1230～1350℃，再经过连铸平台连铸，制得钻杆管坯；
B、采用400/800T压力机，在加热温度为1150～1280℃的条件下对步骤A制得的钻杆管坯的两端进行一次加热一次成型的加厚处理，得到钻杆管体；
C、按照钻杆的设计要求，通过数控机床对步骤A制得的钻杆管坯进行加工，制成钻杆公接头和钻杆母接头；
D、利用400BX焊机将步骤C制得的钻杆公接头和钻杆母接头通过摩擦焊接的方式焊接在步骤B制得的钻杆管体两端的加厚部，焊机的顶锻压强为2Mpa，转速为490转/分，转动惯量为194Kg·m2，焊接后对钻杆管体内、外焊缝处的飞边进行车削；
E、采用中频感应加热炉按照退火→ 淬火→回火的工艺路线对焊缝进行热处理，其中：退火温度690℃±5℃，保温时间240s；淬火温度935℃±5℃，保温时间45 s，喷淬时间40s；回火温度675 ℃±5℃，保温时间260s，自然冷却至室温即得到最终的地质钻杆。
2.根据权利要求1所述地质钻杆的制造方法，其特征是步骤A中采用的电炉为高频电炉，冶炼钢水的温度为1280℃，冶炼后的钢水经VD真空处理，镇静10分钟。
3.根据权利要求1或2所述地质钻杆的制造方法，其特征是步骤A中连铸平台连铸的拉坯速度为2m/min。
4.根据权利要求1所述地质钻杆的制造方法，其特征是步骤B中钻杆管体两端采用一次加热一次成型的加厚处理，加热温度为1230℃，成型时间为2～5秒。
5.根据权利要求1所述地质钻杆的制造方法，其特征是步骤E中淬火工艺为钻杆的外表喷淬火液并同时往钻杆的内表喷空气。
6.一种地质钻杆，其特征是，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.23～0.28%，Mn 1.05～1.2%，Si 0.17～0.35%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.15～0.25%，Cr 0.8～1%，余量为Fe及不可避免的杂质。
7.根据权利要求5所述的地质钻杆，其特征是，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.25%，Mn 1.2%，Si 0.25%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.2%，Cr 1%，余量为Fe及不可避免的杂质。
8.根据权利要求5所述的地质钻杆，其特征是，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.23%，Mn 1.1%，Si 0.35%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.25%，Cr 0.8%，余量为Fe及不可避免的杂质。
9.根据权利要求5所述的地质钻杆，其特征是，该钻杆的成分重量百分比为：C 0.28%，Mn 1.05%，Si 0.17%，P ≤0.015，S ≤0.01，Mo 0.15%，Cr 0.9%，余量为Fe及不可避免的杂质。
10.根据权利要求5所述的地质钻杆，其特征是：Mn 1.05～1.2%，Cr 0.8～1%。
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