CN107904486A - 一种压裂泵锻件的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压裂泵锻件的制造工艺，包括以下步骤：（1）电弧炉初炼：（2）LF精炼：（3）RH真空精炼：（4）圆坯连铸：（5）ESR电渣重熔：（6）脱氧：为控制夹杂物形状和进一步脱氧，电渣重熔过程中每隔一段时间添加稀土，稀土用量占总渣量的0.05%‑0.2%；（7）分阶降流：（8）高吨位油压机锻造：采用优质电渣锭作为原料，锻造采用8000吨水油压机进行三相锻造，（9）热处理：通过多次正火、油淬、高温回火，保证了应力充分释放和组织均匀；（10）精密机加：（11）检验：本发明压裂泵锻件洁净度高化学成分稳定性好，工艺适用性广，操作简单，易于实现标准化作业，既适合生产高洁净度的高镍含量的电渣锭，也适合生产其它高洁净度的铬镍钼合金钢。

Description

一种压裂泵锻件的制造工艺

技术领域

本发明涉及石油压裂泵零配件加工技术领域，具体为一种压裂泵锻件的制造工艺。

背景技术

目前，在石油、页岩气开采领域，压裂技术能够有效的提高石油、页岩气的开采量，压裂泵是压裂开采过程中的关键设备。根据国家经济和社会发展第十二个五年规划纲要对改造提升制造业、优化结构、改善品种质量、提高基础工艺、提高基础材料研发水平、实现关键零部件技术自动化等方面的有关要求，特别是国家对石油油气井提升产能、增加产量的要求越来越高，对压裂泵的技术要求也越来越高。

压裂泵的性能、质量和可靠性直接影响压裂实施过程的质量和进度，因为压裂泵的使用工况很恶劣，要求压裂泵有更高的泵压和更大的排量，要求其能够承受高压、循环载荷作用，还要求其能输送高压带磨砺、腐蚀的介质，更要求其能再恶劣的工况下可靠运行并保持更高的使用寿命。尤其对于压裂泵阀箱体有着相对较高的要求，要求泵阀箱体不但要承受超高的压力，而且要承受较高的交变载荷冲击力和耐酸碱腐蚀力。所以，要符合上述要求，就要对泵阀箱体的材料的选择、加工制造工艺进行改进，攻克技术难题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种压裂泵锻件的制造工艺，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种压裂泵锻件，该锻件钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.25-0.4%，Si≤0.3%，Mn：0.25-0.5%，Cr：1.1-1.7%，Ni：2.8-3.5%，Mo：0.3-0.6%，V：0.05-0.2%，La：0.05-0.1%，Ce：0.05-0.2%，Pr：0.02-0.05%，Sm：0.02-0.05%，Eu：0.02-0.05%，Gd：0.02-0.05%，Tb：0.02-0.05%，Cu：3.5-4.8%，余量为Fe。

一种压裂泵锻件的制造工艺，包括以下步骤：

（1）电弧炉初炼：电炉采用换渣操作，氧化期结束流出全部氧化渣换新渣，确保电弧炉终点Ti≤0.0008%、P≤0.0060%；电弧炉无渣出钢；

（2）LF精炼： LF精炼渣碱度控制在1.5-2.0，LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间10-30分钟；

（3）RH真空精炼：在真空度67Pa以下，真空保持15-20分钟；真空精炼结束前5分钟添加铝粒增Al至目标值；

（4）圆坯连铸：原料经电弧炉初炼并进行预处理脱硫后采用转炉工艺脱磷技术吹炼扒渣，LF钢包精炼炉深脱硫后利用RH炉真空循环脱气，圆坯连铸形成连铸坯，增强产品强度；

（5）ESR电渣重熔： 利用公称容量为10t的电渣重熔炉集中组产，熔速恒定并与电极尺寸、结晶器锭型匹配；

（6）脱氧：为控制夹杂物形状和进一步脱氧，电渣重熔过程中每隔一段时间添加稀土，稀土用量占总渣量的0.05%-0.2%；

（7）分阶降流：补缩分三个台阶降电流，缩孔深度控制在50㎜以内；补缩结束后模冷2小时，之后进入退火炉在860℃下保温10小时，然后炉冷至≤300℃，出炉；

（8）高吨位油压机锻造：采用优质电渣锭作为原料，锻造采用8000吨水油压机进行三相锻造，保证了锻坯成分均匀、组织均匀致密；

（9）热处理：通过多次正火、油淬、高温回火，保证了应力充分释放和组织均匀；

（10）精密机加：工经过精磨、铣镗等精密机加工工序后得到成品；

（11）检验：经过全面检验，合格产品入库、出厂。

所述步骤（5）ESR电渣重熔：对于φ1020㎜的锭型，填充比为0.59，重熔电流和电压分别控制在17000-18500A和65-70V，熔速控制在820-960kg/h；对于φ940㎜的锭型，填充比为0.67，重熔电流和电压分别控制在16000-16900A和64-67V，熔速控制在800-920kg/h。

所述步骤（6）中稀土为质量配比镧10%、铈30%、镨20%、钐10%、铕10%、钆10%、铽10%。

所述步骤（9）热处理包括：初次正火：将工件加热至750℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；再次正火：将工件加热至850℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；三次正火：将工件加热至950℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

油淬：将工件加热至920°c进行油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；将工件加热至780°c油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

高温回火：把零件油淬后，再加热到500~650℃，保温20-30分钟，以每分钟降低20℃的速度冷却至室温。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明压裂泵锻件洁净度高化学成分稳定性好，工艺适用性广，操作简单，易于实现标准化作业，既适合生产高洁净度的高镍含量的电渣锭，也适合生产其它高洁净度的铬镍钼合金钢。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种压裂泵锻件的制造工艺，包括以下步骤：

（1）电弧炉初炼：电炉采用换渣操作，氧化期结束流出全部氧化渣换新渣，确保电弧炉终点Ti≤0.0008%、P≤0.0060%；电弧炉无渣出钢；

（2）LF精炼： LF精炼渣碱度控制在1.5-2.0，LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间10-30分钟；

（3）RH真空精炼：在真空度67Pa以下，真空保持15-20分钟；真空精炼结束前5分钟添加铝粒增Al至目标值；

（4）圆坯连铸：原料经电弧炉初炼并进行预处理脱硫后采用转炉工艺脱磷技术吹炼扒渣，LF钢包精炼炉深脱硫后利用RH炉真空循环脱气，圆坯连铸形成连铸坯，增强产品强度；

（5）ESR电渣重熔： 利用公称容量为10t的电渣重熔炉集中组产，熔速恒定并与电极尺寸、结晶器锭型匹配；对于φ1020㎜的锭型，填充比为0.59，重熔电流和电压分别控制在17000-18500A和65-70V，熔速控制在820-960kg/h；对于φ940㎜的锭型，填充比为0.67，重熔电流和电压分别控制在16000-16900A和64-67V，熔速控制在800-920kg/h。

（6）脱氧：为控制夹杂物形状和进一步脱氧，电渣重熔过程中每隔一段时间添加稀土，稀土用量占总渣量的0.05%-0.2%；稀土为质量配比镧10%、铈30%、镨20%、钐10%、铕10%、钆10%、铽10%。

（7）分阶降流：补缩分三个台阶降电流，缩孔深度控制在50㎜以内；补缩结束后模冷2小时，之后进入退火炉在860℃下保温10小时，然后炉冷至≤300℃，出炉；

（8）高吨位油压机锻造：采用优质电渣锭作为原料，锻造采用8000吨水油压机进行三相锻造，保证了锻坯成分均匀、组织均匀致密；

（9）热处理：通过多次正火、油淬、高温回火，保证了应力充分释放和组织均匀；初次正火：将工件加热至750℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；再次正火：将工件加热至850℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；三次正火：将工件加热至950℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

油淬：将工件加热至920°c进行油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；将工件加热至780°c油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

高温回火：把零件油淬后，再加热到500~650℃，保温20-30分钟，以每分钟降低20℃的速度冷却至室温。

（10）精密机加：工经过精磨、铣镗等精密机加工工序后得到成品；

（11）检验：经过全面检验，合格产品入库、出厂。

本发明实施例的电渣重熔主要工艺参数

本实施例产品的技术水平对比

本发明通过研究熔炼工艺对钢纯净度和夹杂物的影响，进而探明它们对泵体材料的力学性能影响规律，最终确定本产品采用先进的自耗电极的冶炼技术即电弧炉冶炼+LF炉外精炼+RH真空除气精炼。通过对电弧炉冶炼+LF炉外精炼+RH真空除气精炼工艺的研究和优化，控制钢中有害气体和杂质元素S、P等的含量；随后对电渣重熔工艺进行研究从而制定合理的自耗电极的电渣重熔工艺路线，保证杂质元素S≤0.006、P≤0.008、非金属夹杂物≤1.5，从而增强产品力学性能。

本发明采用圆坯连铸技术即原料经电弧炉初炼并进行预处理脱硫后采用转炉工艺脱磷技术吹炼扒渣，LF钢包精炼炉深脱硫后利用RH炉真空循环脱气，圆坯连铸形成连铸坯，有效降低杂质含量，增强产品强度。圆坯连铸工艺流程获得的圆坯，经切割定尺、表面砂剥除锈至圆坯表面光亮。

本发明采用ESR电渣重熔技术自耗电极浸入水冷模具的炉渣池中，电流流经炉渣、电极和钢锭，从而加热炉渣并且由电极熔融成金属液滴，金属液滴经过炉渣至水冷模具的底部凝固，保证产品质地均匀，促使阀组输送油品累计运行时间超过450h，使用寿命延长10%以上。同时，ESR电渣重熔技术使得电耗降低了100-150kwh/t，同比电力消耗减少10%，更加节能环保。此外，电渣重熔过程中加入了适量的稀土元素，提高结晶过程中的形核率，进一步细化晶粒，优化结晶位相角，改善了后续加工变形工艺。

本发明 采用分阶降流技术即补缩分三个台阶降低电流，层层递进将缩孔深度控制在50㎜以内，保证产品各项性能稳定。根据GLEEBLE-3500型热模拟试验机测试石油压裂泵体材料的TTT和CCT曲线制定合理的锻造和热处理工艺，研究锻造对改善铸锭组织、偏析和铸件缺陷的作用机制，探明热处理工艺对晶粒细化、组织结构、材料力学性能的影响规律，最终确定技术成熟的8000吨油压机锻造和新式热处理工艺路线。通过优化扩氢退火工艺，降低钢中氢含量并且缩减工时和成本；发展正火新工艺，细化晶粒，促使产品达到以下各项技术指标。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种压裂泵锻件，其特征在于：该锻件钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.25-0.4%，Si≤0.3%，Mn：0.25-0.5%，Cr：1.1-1.7%，Ni：2.8-3.5%，Mo：0.3-0.6%，V：0.05-0.2%，La：0.05-0.1%，Ce：0.05-0.2%，Pr：0.02-0.05%，Sm：0.02-0.05%，Eu：0.02-0.05%，Gd：0.02-0.05%，Tb：0.02-0.05%，Cu：3.5-4.8%，余量为Fe。

2.一种压裂泵锻件的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）电弧炉初炼：电炉采用换渣操作，氧化期结束流出全部氧化渣换新渣，确保电弧炉终点Ti≤0.0008%、P≤0.0060%；电弧炉无渣出钢；

（2）LF精炼： LF精炼渣碱度控制在1.5-2.0，LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间10-30分钟；

（3）RH真空精炼：在真空度67Pa以下，真空保持15-20分钟；真空精炼结束前5分钟添加铝粒增Al至目标值；

（4）圆坯连铸：原料经电弧炉初炼并进行预处理脱硫后采用转炉工艺脱磷技术吹炼扒渣，LF钢包精炼炉深脱硫后利用RH炉真空循环脱气，圆坯连铸形成连铸坯，增强产品强度；

（5）ESR电渣重熔：利用公称容量为10t的电渣重熔炉集中组产，熔速恒定并与电极尺寸、结晶器锭型匹配；

（6）脱氧：为控制夹杂物形状和进一步脱氧，电渣重熔过程中每隔一段时间添加稀土，稀土用量占总渣量的0.05%-0.2%；

（7）分阶降流：补缩分三个台阶降电流，缩孔深度控制在50㎜以内；补缩结束后模冷2小时，之后进入退火炉在860℃下保温10小时，然后炉冷至≤300℃，出炉；

（8）高吨位油压机锻造：采用优质电渣锭作为原料，锻造采用8000吨水油压机进行三相锻造，保证了锻坯成分均匀、组织均匀致密；

（9）热处理：通过多次正火、油淬、高温回火，保证了应力充分释放和组织均匀；

（10）精密机加：工经过精磨、铣镗等精密机加工工序后得到成品；

（11）检验：经过全面检验，合格产品入库、出厂。

3.根据权利要求2所述的一种压裂泵锻件的制造工艺，其特征在于：所述步骤（5）ESR电渣重熔：对于φ1020㎜的锭型，填充比为0.59，重熔电流和电压分别控制在17000-18500A和65-70V，熔速控制在820-960kg/h；对于φ940㎜的锭型，填充比为0.67，重熔电流和电压分别控制在16000-16900A和64-67V，熔速控制在800-920kg/h。

4.根据权利要求2所述的一种压裂泵锻件的制造工艺，其特征在于：所述步骤（6）中稀土为质量配比镧10%、铈30%、镨20%、钐10%、铕10%、钆10%、铽10%。

5.根据权利要求2所述的一种压裂泵锻件的制造工艺，其特征在于：所述步骤（9）热处理包括：初次正火：将工件加热至750℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；再次正火：将工件加热至850℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；三次正火：将工件加热至950℃保温15-20分钟，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

油淬：将工件加热至920°c进行油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；将工件加热至780°c油淬从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至200-300℃；

高温回火：把零件油淬后，再加热到500~650℃，保温20-30分钟，以每分钟降低20℃的速度冷却至室温。