CN109531048A - 一种低温钻机用钩体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温钻机用大钩钩体的制造方法，采用选材—铸造—粗加工—热处理—机械性能测试—精加工—无损检测工艺步骤,按照GB/T19190和APISpec8C的要求制造而成。本发明采用低温性能优良的铸钢材质ZG28CrNiMoA，采用碱性酚醛树脂砂造型工艺，碱性电弧炉冶炼，稀土精炼和钢包吹氩精炼，保证了铸件尺寸精度和内外部质量，采用正火＋双液淬火+回火热处理工艺,保证了钩体在低温环境(‑45℃)下的冲击功以及其他机械性能。本发明制造的大钩钩体适用于低温环境(‑45℃)下的石油钻机、修井机，具有足够的强度和低温冲击韧性,安全系数高，满足(‑45℃)低温环境下的使用要求。

Description

一种低温钻机用钩体的制造方法

技术领域

本发明涉及石油钻井装备技术领域，具体涉及一种低温钻机用大钩钩体的制造方法。

背景技术

近几年以来，随着常规区域油藏的减少, 石油钻机向高寒等气候恶劣地区的方向发展，低温钻机即是一种适应高寒地区作业的石油钻井装备。目前，国内与钻机配套的游吊系统关键零件大钩钩体多为常温铸件，不具备低温性能。

大钩钩体是石油钻井装备中承受主载荷的关键零件，承受起下钻柱和钻具的全部负荷。中国国家标准GB/T19190和美国石油学会标准API Spec 8C规范都对其提出了很高的要求，低温钻机用大钩钩体不但要求强度高，同时要求材料的低温冲击功Akv（-20℃）≥42J， Akv（-45℃）≥27J，以适应低温作业环境，另外对零件的无损检测要求也很高，需要进行表面湿荧光磁粉探伤和超声波探伤。目前，国内与钻机配套的大钩钩体仍采用传统的满足常温要求的铸件，不能满足低温环境使用要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明是提供一种低温钻机用大钩钩体的制造方法，采用选材—铸造—粗加工—热处理—机械性能测试—精加工—无损检测工艺步骤,按照GB/T19190和APISpec8C的要求制造而成。本发明采用低温性能优良的铸钢材质ZG28CrNiMoA，采用碱性酚醛树脂砂造型工艺，碱性电弧炉冶炼，稀土精炼和钢包吹氩精炼，保证了铸件尺寸精度和内外部质量，采用正火＋双液淬火+回火热处理工艺,保证了钩体在低温环境(-45℃)下的冲击功以及其他机械性能,本发明制造的大钩钩体适用于低温环境(-45℃)下的石油钻机、修井机，具有足够的强度和低温冲击韧性,安全系数高，满足低温环境下的使用要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：1、选材：采用低温性能优良的中低碳Cr-Ni-Mo系合金铸钢ZG28CrNiMoA，保证铸件强度和低温韧性；2、造型：采用碱性酚醛树脂砂造型,保证铸件尺寸精度和表面质量，型腔表面涂刷醇基锆英粉涂料，防止铸件粘砂，铸型上箱扎排气孔，加强型腔排气，防止铸件产生气孔缺陷；3、合箱：上下箱采用定位销四角定位，U型螺栓箱卡固定，防止铸件抬箱报废；4、冶炼、浇注：采用电弧炉法冶炼，严格控制各成分含量，加入稀土精炼，后期进行钢包吹氩精炼，保证钢水纯净度，保证铸件内部质量，采用低温快浇方式浇注成型；5、粗加工：将冒口切割后余头端面铣平，其余配合面粗加工，预留合适的精加工余量；6、热处理：对铸件和试棒进行同炉热处理，采用正火+双液淬火+回火处理，保证铸件强度和低温韧性；7、机械性能测试；将同炉热处理的试棒加工成标准试件，进行拉伸和冲击试验，达到GB/T19190和API Spec 8C中对-45℃低温环境下对强度指标和低温冲击功的要求；8、精加工：按零件图加工成活，尺寸精度和粗糙度符合要求；9、无损检测：对铸件的关键受力位置进行湿荧光磁粉探伤和超声波探伤，符合GB/T19190和API Spec8C标准对表面质量和内部质量的要求。

本发明的有益效果是：本发明设计了一种质量可靠、性能稳定、经济实用的低温钻机用钩体的制造方法。本发明提出的方法经过多次生产实践验证，能有效地保证铸件的强度和低温冲击韧性；本发明相比他形式的制造方法，成本相对较低，制造周期较短，使产品更具市场竞争力。

具体实施方式

一种低温钻机用大钩钩体制造方法，其特征是采用以下制造方法：、选材：采用低温性能优良的中低碳Cr-Ni-Mo系合金铸钢ZG28CrNiMoA,化学成分(质量分数,％)：C＝0.25～0.30, Si＝0.50～0.70, Mn ＝0.65～1.0,Ni＝0.55～0.90,Cr＝0.55～0.90,Mo＝0.30～0.50,S≤0.02,P≤0.02,残余元素：Cu≤0.15, V≤0.03,残余元素总量≤0.50；、造型：采用碱性酚醛树脂砂造型,树脂用量（占型砂比重）1.2%、固化剂用量（占型砂比重）0.35%～0.4%、其余为硅砂，SiO₂≥98%，型腔表面涂刷醇基锆英粉涂料，厚度0.8～1.2mm，铸型上箱扎φ8～φ10排气孔；、合箱：采用φ100锥形定位销四角定位，下芯时用卡钳控制铸件壁厚，上下箱定位后用U型螺栓箱卡固定；、冶炼、浇注：采用电弧炉按规定的化学成分配料冶炼，严格控制各成分含量，冶炼过程中加入稀土精炼，稀土加入量0.03%～0.05%，后期进行钢包吹氩精炼，吹氩时间5～8分钟，采用低温快浇方式浇注成型；、粗加工：将冒口切割后余头端面铣平，其余配合面粗加工到余量3～5mm；、热处理：对铸件和试棒进行同炉热处理，采用正火+双液淬火+回火处理，正火：炉温890～910℃，保温200分钟，空冷；双液淬火：炉温870～890℃，保温200分钟，水冷50～60 秒后油冷；回火：炉温610～630℃,保温180分钟，空冷；、机械性能测试：将同炉热处理的试棒加工成标准试件，进行拉伸和冲击试验，达到GB/T19190和API Spec 8C中对-45℃低温环境下对强度指标和低温冲击功的要求， Akv（-45℃）≥27J；、精加工：铣主钩侧面，镗端部内孔，镗钩体支撑销孔，镗主钩锁紧臂销孔，按零件图精加工成活，尺寸精度和粗糙度符合图纸要求；、无损检测：对铸件的关键受力位置主钩、主钩与主体结合部、副钩、副钩与主体结合部进行湿荧光磁粉探伤和超声波探伤，符合GB/T19190和API Spec 8C标准对表面质量和内部质量的要求。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种低温钻机用钩体的制造方法，包括：1、选材，2、造型，3、合箱，4、冶炼、浇注，5、粗加工，6、热处理，7、机械性能测试，8、精加工，9、无损检测。

2.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：采用低温性能优良的中低碳Cr-Ni-Mo系合金铸钢ZG28CrNiMoA,化学成分(质量分数,％)：C＝0.25～0.30, Si＝0.50～0.70, Mn ＝0.65～1.0,Ni＝0.55～0.90,Cr＝0.55～0.90,Mo＝0.30～0.50,S≤0.02,P≤0.02,残余元素：Cu≤0.15, V≤0.03,残余元素总量≤0.50。

3.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：采用碱性酚醛树脂砂造型,树脂用量（占型砂比重）1.2%、固化剂用量（占型砂比重）0.35%～0.4%、其余为硅砂，SiO₂≥98%，型腔表面涂刷醇基锆英粉涂料，厚度0.8～1.2mm，铸型上箱扎φ8～φ10排气孔。

4.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：采用φ100锥形定位销四角定位合箱，下芯时用卡钳控制铸件壁厚，上下箱定位后用U型螺栓箱卡固定。

5.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：采用电弧炉按规定的化学成分配料冶炼，严格控制各成分含量，冶炼过程中加入稀土精炼，稀土加入量0.03%～0.05%。

6.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：冶炼后期进行钢包吹氩精炼，吹氩时间5～8分钟。

7.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：将冒口切割后余头端面铣平，其余配合面粗加工到余量3～5mm。

8.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：对铸件和试棒进行同炉热处理，采用正火+双液淬火+回火处理，正火：炉温890～910℃，保温200分钟，空冷；双液淬火：炉温870～890℃，保温200分钟，水冷50～60 秒后油冷；回火：炉温610～630℃,保温180分钟，空冷。

9.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：将同炉热处理的试棒加工成标准试件，进行拉伸和冲击试验，达到GB/T19190和API Spec 8C中对-45℃低温环境下对强度指标和低温冲击功的要求， Akv（-45℃）≥27J。

10.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：铣主钩侧面，镗端部内孔，镗钩体支撑销孔，镗主钩锁紧臂销孔，按零件图精加工成活，尺寸精度和粗糙度符合图纸要求。

11.根据权利要求1所述的一种低温钻机用钩体的制造方法，其特征在于：对铸件的关键受力位置主钩、主钩与主体结合部、副钩、副钩与主体结合部进行湿荧光磁粉探伤和超声波探伤，符合GB/T19190和API Spec 8C标准对表面质量和内部质量的要求。