CN108486349A - 一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺 - Google Patents

一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，涉及热处理技术领域，包括以下步骤：1)二次退火；2)正火；3)淬火；4)三段回火；本发明的螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺简单易行，能大大提高优化合金钢钻头的整体性能。

Description

一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺。
背景技术
螺旋钻机钻头是用来执行钻孔开凿的，需要具有耐高温、高压、高强度等特性。而螺旋钻机钻头铸造成型后，其性能的好坏不仅与钻头合金成分有关，其后的热处理工艺也极为关键。其中，热处理是将合金工件加热到一定的温度，并在该温度下保温一定时间后，在合适的场合下以不同速度冷却，因此，其是通过改变金属材料表观或内部组织来控制其性能的一种工艺。目前，螺旋钻机钻头传统热处理工艺存在对基体组织细化晶粒及冷却不够合理充分的问题，出现成品钻头硬度低且不均匀，脆性高，强度冲击值低，韧性差。难以获得良好的综合性能指标。尤其，是对于尺寸厚度较大的钻头，由于冶炼条件、偏析严重，内部晶粒相对粗大，则需控制好热处理工序，使基体组织更加细化和均匀，为后续热处理及机械加工做好组织准备。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，该种热处理工艺简单易行，能大大提高优化合金钢钻头的整体性能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，按照以下步骤进行：
(1)二次退火；将钻头工件置于真空炉中，退火阶段如下：
一次退火：升温至680-700℃保温60-70min，随炉空冷；
二次退火：升温至490-510℃保温100-120min，随炉空冷；
(2)正火：以速率为5℃/s升温至865-875℃，保温55-65min，风冷至470-480℃；以速率为5℃/s升温至805-815℃，保温70-80min，风冷至380-390℃；以速率为6℃/s升温至840-850℃，保温60-70min，出炉空冷至室温；
(3)淬火：以8-10℃/s的速率升温至920-930℃，保温70-80min后经温度为20-22℃的淬火介质冷却；
(4)三段回火：
回火一段：升温至475-485℃保温40-50min；
回火二段：降温至310-320℃保温35-45min；
回火三段：降温至185-195℃条件下保温60-70min。
进一步地，在上述步骤(1)中，一次退火的升温速率为2-3℃/s；二次退火的升温速率为5-6℃/s。
进一步地，在上述步骤(2)中，风冷速率为30-35℃/min。
进一步地，在上述步骤(3)中，淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2-3份、淀粉醚1-1.5份、聚乙烯基吡咯烷酮0.5-0.7份、丙烯酸甲酯1-2份、聚丙烯酰胺0.3-0.5份、EVA乳液3-5份、羧丙基甲基纤维素醚0.4-0.6份、钠基膨润土2-3份、荷荷芭油4-6份、糖蜜酒精废液干粉1-1.5份、蜗牛粘液1-2份、亚硝酸钠0.2-0.3份、硼砂2-3份、木质素磺酸钙0.4-0.6份、防沉降性铝酸酯ASA 0.1-0.15份、复合缓蚀剂1.5-2.5份和龙泉水100-120份。
更进一步地，淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2.5份、淀粉醚1.25份、聚乙烯基吡咯烷酮0.6份、丙烯酸甲酯1.5份、聚丙烯酰胺0.4份、EVA乳液4份、羧丙基甲基纤维素醚0.5份、钠基膨润土2.5份、荷荷芭油5份、糖蜜酒精废液干粉1.25份、蜗牛粘液1.5份、亚硝酸钠0.25份、硼砂2.5份、木质素磺酸钙0.5份、防沉降性铝酸酯ASA0.125份、复合缓蚀剂2份和龙泉水110份。
进一步地，在上述步骤(4)中，升温速率为3-4℃/s；降温速率为2-3℃/s。
进一步地，上述合金钢钻头包括以下化学组分及其重量百分比含量：Nb：0.21～0.25％、Sc：0.08-0.12％、V：0.14～0.16％、Mo：0.22～0.26％、B：0.05～0.07％。
更进一步地，上述合金钢钻头包括以下化学组分及其重量百分比含量：Nb：0.23％、Sc：0.10％、V：0.15％、Mo：0.24％、B：0.06％。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的合金钢钻头热处理工艺简单易行，通过对钻头的组成成分的优化及热处理工艺的改进，经二次真空退火-正火-淬火-三段回火处理后的钻头，具有高屈服强度、良好的抗热裂性、抗冲击韧性以及耐化学腐蚀性能，本发明还最大程度提高了钻头基体合金固溶度和组织稳定性，消除了钻头内部的组织应力、热应力，使钻头具备优良的抗事故性、抗疲劳性和耐磨性，从而满足实际生产及应用的使用要求，有效地延长了螺旋钻机钻头的使用寿命，提高了其应用性能、生产效率及经济效益；
(2)本发明的合金钢钻头热处理工艺能进一步细化均匀化钻头基体晶粒，最大程度地提高晶粒度和密实度,并为后序的加工处理准备良好的组织条件，进而获得性能更优的螺旋钻机钻头；另外，本发明采用的淬火介质淬透性能优良，能够细化改善钻头的金相组织，提高其表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀等表面性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种螺旋钻机合金钢钻头，包括以下化学组分及其重量百分比含量：C：0.58％、Si：0.27％、Mn：0.42％、Ni：1.05％、Cr：0.75％、Nb：0.21％、Sc：0.08％、V：0.14％、Mo：0.22％、B：0.05％。
其热处理工艺按照以下步骤进行：
(1)二次退火；将钻头工件置于真空退火炉中，退火阶段如下：
一次退火：先以升温速率为2℃/s升温至680℃保温70min，随炉空冷；
二次退火：再以升温速率为5℃/s升温至490℃保温120min，随炉空冷；
(2)正火：将钻头工件置于正火炉中，以速率为5℃/s升温至865℃，保温65min，以速率为30℃/min风冷至470℃；以速率为5℃/s升温至805℃，保温80min，以速率为30℃/min风冷至380℃；以速率为6℃/s升温至840℃，保温70min，出炉空冷至室温；
(3)淬火：将钻头工件置于淬火炉中，以8℃/s的速率升温至920℃，保温80min后经温度为20℃的淬火介质冷却；
上述淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2份、淀粉醚1份、聚乙烯基吡咯烷酮0.5份、丙烯酸甲酯1份、聚丙烯酰胺0.3份、EVA乳液3份、羧丙基甲基纤维素醚0.4份、钠基膨润土2份、荷荷芭油4份、糖蜜酒精废液干粉1份、蜗牛粘液1份、亚硝酸钠0.2份、硼砂2份、木质素磺酸钙0.4份、防沉降性铝酸酯ASA 0.1份、复合缓蚀剂1.5份和龙泉水100份；
(4)三段回火：将钻头工件置于回火炉中，回火阶段如下：
回火一段：先以速率为3℃/s升温至475℃保温50min；
回火二段：再以速率为2℃/s降温至310℃保温45min；
回火三段：之后以速率为2℃/s降温至185℃条件下保温70min。
实施例2
一种螺旋钻机合金钢钻头，包括以下化学组分及其重量百分比含量：C：0.60％、Si：0.29％、Mn：0.43％、Ni：1.10％、Cr：0.77％、Nb：0.23％、Sc：0.10％、V：0.15％、Mo：0.24％、B：0.06％。
其热处理工艺按照以下步骤进行：
(1)二次退火；将钻头工件置于真空退火炉中，退火阶段如下：
一次退火：先以升温速率为3℃/s升温至690℃保温65min，随炉空冷；
二次退火：再以升温速率为5℃/s升温至500℃保温110min，随炉空冷；
(2)正火：将钻头工件置于正火炉中，以速率为5℃/s升温至870℃，保温60min，以速率为30℃/min风冷至475℃；以速率为5℃/s升温至810℃，保温75min，以速率为30℃/min风冷至385℃；以速率为6℃/s升温至845℃，保温65min，出炉空冷至室温；
(3)淬火：将钻头工件置于淬火炉中，以9℃/s的速率升温至925℃，保温75min后经温度为21℃的淬火介质冷却；
上述淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2.5份、淀粉醚1.25份、聚乙烯基吡咯烷酮0.6份、丙烯酸甲酯1.5份、聚丙烯酰胺0.4份、EVA乳液4份、羧丙基甲基纤维素醚0.5份、钠基膨润土2.5份、荷荷芭油5份、糖蜜酒精废液干粉1.25份、蜗牛粘液1.5份、亚硝酸钠0.25份、硼砂2.5份、木质素磺酸钙0.5份、防沉降性铝酸酯ASA 0.125份、复合缓蚀剂2份和龙泉水110份；
(4)三段回火：将钻头工件置于回火炉中，回火阶段如下：
回火一段：先以速率为4℃/s升温至480℃保温45min；
回火二段：再以速率为3℃/s降温至315℃保温40min；
回火三段：之后以速率为2℃/s降温至190℃条件下保温65min。
实施例3
一种螺旋钻机合金钢钻头，包括以下化学组分及其重量百分比含量：C：0.62％、Si：0.31％、Mn：0.44％、Ni：1.15％、Cr：0.79％、Nb：0.25％、Sc：0.12％、V：0.16％、Mo：0.26％、B：0.07％。
其热处理工艺按照以下步骤进行：
(1)二次退火；将钻头工件置于真空退火炉中，退火阶段如下：
一次退火：先以升温速率为3℃/s升温至700℃保温60min，随炉空冷；
二次退火：再以升温速率为6℃/s升温至510℃保温100min，随炉空冷；
(2)正火：将钻头工件置于正火炉中，以速率为5℃/s升温至875℃，保温55min，以速率为35℃/min风冷至480℃；以速率为5℃/s升温至815℃，保温70min，以速率为35℃/min风冷至390℃；以速率为6℃/s升温至850℃，保温60min，出炉空冷至室温；
(3)淬火：将钻头工件置于淬火炉中，以10℃/s的速率升温至930℃，保温70min后经温度为22℃的淬火介质冷却；
上述淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚3份、淀粉醚1.5份、聚乙烯基吡咯烷酮0.7份、丙烯酸甲酯2份、聚丙烯酰胺0.5份、EVA乳液5份、羧丙基甲基纤维素醚0.6份、钠基膨润土3份、荷荷芭油6份、糖蜜酒精废液干粉1.5份、蜗牛粘液2份、亚硝酸钠0.3份、硼砂3份、木质素磺酸钙0.6份、防沉降性铝酸酯ASA0.15份、复合缓蚀剂2.5份和龙泉水120份；
(4)三段回火：将钻头工件置于回火炉中，回火阶段如下：
回火一段：先以速率为4℃/s升温至485℃保温40min；
回火二段：再以速率为3℃/s降温至320℃保温35min；
回火三段：之后以速率为3℃/s降温至195℃条件下保温60min。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)二次退火；将钻头工件置于真空炉中，退火阶段如下：
一次退火：升温至680-700℃保温60-70min，随炉空冷；
二次退火：升温至490-510℃保温100-120min，随炉空冷；
(2)正火：以速率为5℃/s升温至865-875℃，保温55-65min，风冷至470-480℃；以速率为5℃/s升温至805-815℃，保温70-80min，风冷至380-390℃；以速率为6℃/s升温至840-850℃，保温60-70min，出炉空冷至室温；
(3)淬火：以8-10℃/s的速率升温至920-930℃，保温70-80min后经温度为20-22℃的淬火介质冷却；
(4)三段回火：
回火一段：升温至475-485℃保温40-50min；
回火二段：降温至310-320℃保温35-45min；
回火三段：降温至185-195℃条件下保温60-70min。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，在步骤(1)中，所述一次退火的升温速率为2-3℃/s；二次退火的升温速率为5-6℃/s。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，在步骤(2)中，所述风冷速率为30-35℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，在步骤(3)中，所述淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2-3份、淀粉醚1-1.5份、聚乙烯基吡咯烷酮0.5-0.7份、丙烯酸甲酯1-2份、聚丙烯酰胺0.3-0.5份、EVA乳液3-5份、羧丙基甲基纤维素醚0.4-0.6份、钠基膨润土2-3份、荷荷芭油4-6份、糖蜜酒精废液干粉1-1.5份、蜗牛粘液1-2份、亚硝酸钠0.2-0.3份、硼砂2-3份、木质素磺酸钙0.4-0.6份、防沉降性铝酸酯ASA 0.1-0.15份、复合缓蚀剂1.5-2.5份和龙泉水100-120份。
5.根据权利要求4所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，所述淬火介质包括以下按重量份计的原料：烷基酚聚氧乙烯醚2.5份、淀粉醚1.25份、聚乙烯基吡咯烷酮0.6份、丙烯酸甲酯1.5份、聚丙烯酰胺0.4份、EVA乳液4份、羧丙基甲基纤维素醚0.5份、钠基膨润土2.5份、荷荷芭油5份、糖蜜酒精废液干粉1.25份、蜗牛粘液1.5份、亚硝酸钠0.25份、硼砂2.5份、木质素磺酸钙0.5份、防沉降性铝酸酯ASA 0.125份、复合缓蚀剂2份和龙泉水110份。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，在步骤(4)中，升温速率为3-4℃/s；降温速率为2-3℃/s。
7.根据权利要求1所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，所述合金钢钻头包括以下化学组分及其重量百分比含量：Nb：0.21～0.25％、Sc：0.08-0.12％、V：0.14～0.16％、Mo：0.22～0.26％、B：0.05～0.07％。
8.根据权利要求7所述的一种螺旋钻机合金钢钻头的热处理工艺，其特征在于，所述合金钢钻头包括以下化学组分及其重量百分比含量：Nb：0.23％、Sc：0.10％、V：0.15％、Mo：0.24％、B：0.06％。
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