CN110538874A - 一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法，包括如下步骤：依次经冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇注工序制备得到所述连铸圆管坯；将制备所得的连铸圆管坯进行加热处理；将加热处理后得到的管坯依次进行穿孔、轧管、减定径处理，然后冷却到室温，得无缝钢管；将无缝钢管进行调质处理；将调质处理后的无缝钢管在自动化探伤线上进行超声探伤，确保无缝钢管表面及内部质量无缺陷；经超声探伤后的合格无缝钢管下料，然后进行车削加工，加工后形成成品钻杆接头。本发明制备出的钻杆接头整体组织和力学性能均匀稳定。本发明制备出的钻杆接头的截面硬度波动在3HRC(25HBW)以内，强度波动可控制在70Mpa以内。

Description

一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管制造技术领域，具体涉及一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法。

背景技术

钻井作业时，钻杆是通过钻杆接头连接形成钻柱，钻杆接头常规制造方法为：轧制圆坯→下料→加热→模锻→调质→精加工→探伤。

目前，现有的常规制造钻杆接头的方法存在如下技术的缺陷和不足：1)为保证模锻后产品质量，应保证热模锻过程中润滑，而润滑剂的加入会造成环境污染，危害工作环境，危害工人劳动环境。2)模锻工作效率低，一般一台设备一个班仅生产约100个，导致交货期较长。3)由于钻杆接头不规则，调质时不能采用自动化调质线生产，产品性能稳定性不高，这也限制了高品质钻杆接头的发展，如抗硫钻杆目前主要引进国外产品。4)钻杆接头在模锻和调质过程中会出现表面缺陷，为保证产品表面质量，需进行探伤，而由于钻杆接头不规则，需采用手工进行探伤，探伤效率远低于自动化探伤线。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术制造方法存在环境污染严重、交货期长、性能稳定性不高、精整效率低等问题，针对目前工艺的不足，提出了一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法。采用本发明的制造方法生产钻杆接头，可克服现有技术中上述技术缺陷，本发明的具体制造方法为：连铸圆坯→加热→热轧成无缝钢管→调质→探伤→下料→机加工。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：

1)连铸圆管坯的制备：依次经冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇注工序制备得到所述连铸圆管坯；

2)加热：将步骤1)制备所得的连铸圆管坯进行加热处理；

3)热轧成无缝钢管：将经过步骤2)加热处理后得到的管坯依次进行穿孔、轧管、减定径处理，然后冷却到室温，得无缝钢管；

4)调质：将步骤3)制备出的无缝钢管进行调质处理；所述调质处理包括淬火处理和回火处理；

5)超声探伤：将经步骤4)调质处理后的无缝钢管在自动化探伤线上进行超声探伤，确保无缝钢管表面及内部质量无缺陷；

6)下料及机加工：将经步骤5)超声探伤后的合格无缝钢管下料，然后进行车削加工，加工后形成成品钻杆接头。

如上所述的制造方法，优选，步骤1)中，所述连铸圆管坯规格为

如上所述的制造方法，优选，按质量百分比计，所述钻杆接头包括如下组份：C:0.33-0.40％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.40-1.10％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.70-1.20％、Mo：0.15-0.45％、Ni：0.10-0.40％、Cu≤0.20％；优选地，按质量百分比计，所述钻杆接头由如下组份组成：C:0.36-0.38％、Si：0.25-0.30％、Mn：0.50-1.00％、P≤0.012％、S≤0.006％、Cr：0.90-1.1％、Mo：0.2-0.35％、Ni：0.10-0.25％、0.01≤Cu≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述的制造方法，优选，步骤2)中，所述加热处理采用环形加热炉完成。

如上所述的制造方法，优选，步骤2)中，所述加热处理包括：在加热温度为1200-1280℃的条件下保温3-6小时；优选地，在升温至1200-1280℃的加热温度之前，所述加热处理还包括预热处理，所述预热处理为：在900℃以下预热0.5-1.5h；更优选地，所述加热温度为1220-1280℃；所述预热处理为：在800-900℃条件下预热0.5-1.5h。

如上所述的制造方法，优选，步骤3)中，将经过步骤2)加热处理后得到的管坯依次进行二辊斜轧穿孔、Assel轧管机轧管、十二机架二辊减定径机减径处理，然后在冷床上冷却到室温，得无缝钢管。

如上所述的制造方法，优选，步骤4)中，所述淬火处理包括：在步进式加热炉中对无缝钢管进行加热并保温；优选地，所述步进式加热炉中加热温度为830-870℃，更优选地，保温时间按每25mm壁厚保温30分钟计算。

如上所述的制造方法，优选，步骤4)中，所述淬火处理还包括：在淬火机中对加热保温后的无缝钢管进行冷却处理，冷却介质为水；优选地，所述冷却处理采用外表面外淋水冷却以及内表面采用内喷水冷却的方式进行；

再优选地，待无缝钢管冷却到120-230℃时停止所述冷却处理；更优选地，待无缝钢管冷却到120-150℃时停止所述冷却处理。

如上所述的制造方法，优选，步骤1)中，所述冶炼采用70t偏心底式电弧炉进行；所述炉外精炼采用LF精炼炉进行；所述真空脱气采用RH真空脱气炉进行。

如上所述的制造方法，优选，步骤4)中，所述回火处理是在回火炉中进行的，且出所述回火炉后空冷；优选地，所述回火处理的保温温度为550-650℃；更优选地，所述回火处理的保温时间按每25mm壁厚保温60分钟计算。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

1、本发明提供的制造方法整体生产效率显著提高。现有技术中采用热模锻工艺，一台模锻机一个班仅生产约100个钻杆接头；而采用本发明的热轧无缝钢管，一个班可生产500支以上，每支钢管可下料成八个钻杆接头以上，本发明的生产效率比现有模锻方式生产效率提高至少40倍。

2、本发明制备出的钻杆接头整体组织和力学性能均匀稳定。现有技术中热模锻后钻杆接头采用淬火液或淬火油进行淬火，一方面冷却速度慢，仅有外表冷却，因此截面方向上力学性能稳定性差，其截面硬度波动在4HRC(35HBW)以上，且淬火液或淬火油的生产成本高，淬火油对环境有污染；而本发明采用无缝钢管调质，采用水作为淬火介质，采用内外表同时冷却的淬火冷却方式，钢管截面方向上力学性能均匀稳定，本发明制备出的钻杆接头的截面硬度波动在3HRC(25HBW)以内，强度波动可控制在70Mpa以内。

3、本发明的技术方案精整效率高。现有技术中采用热模锻生产钻杆接头，需要进行手工超声探伤，手工探伤一方面效率低，另外一方面由于人工操作，探伤覆盖率会有误差；而采用本发明的无缝钢管生产钻杆接头，采用自动化超声探伤，一台超声探伤仪一个班可生产至少400支钢管，且100％覆盖，零缺陷出厂。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的具体实施例提供一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法，该制造方法包括如下步骤：

1、制备连铸圆管坯

通过冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸机浇注生产出连铸圆管坯。

优选地，将废钢和铁水放入70t偏心底式电弧炉中进行冶炼，然后依次经过LF精炼炉进行炉外精炼、RH真空炉进行真空脱气，再在连铸机上连续浇注成(例如160mm、165mm、170mm、175mm、180mm、185mm、190mm、195mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、265mm)规格的连铸圆管坯。

在此步骤中，偏心底式电弧炉出钢时留钢留渣，LF精炼时间40-60min(例如42min、44min、45min、47min、48min、50min、51min、52min、53min、54min、55min、56min、57min、58min)，精炼完毕时，钢种的成分按质量百分比计由如下组份组成：C:0.33-0.40％(例如0.34％、0.345％、0.35％、0.355％、0.36％、0.365％、0.37％、0.375％、0.38％、0.385％、0.39％、0.395％)、Si：0.15-0.35％(例如0.17％、0.19％、0.20％、0.22％、0.24％、0.25％、0.27％、0.29％、0.30％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％)、Mn：0.40-1.10％(例如0.45％、0.5％、0.55％、0.60％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.05％)、P≤0.025％(例如0.024％、0.023％、0.022％、0.021％、0.020％、0.018％、0.016％、0.014％、0.012％、0.010％、0.005％、0.003％、0.002％)、S≤0.025％(例如0.024％、0.023％、0.022％、0.021％、0.020％、0.018％、0.016％、0.014％、0.012％、0.010％、0.005％、0.003％、0.002％)、Cr：0.70-1.20％(例如0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.05％、1.1％、1.15％、1.16％、1.18％、1.19％)、Mo：0.15-0.45％(例如0.20％、0.22％、0.25％、0.27％、0.30％、0.32％、0.35％、0.38％、0.40％、0.42％、0.44％)、Ni：0.10-0.40％(例如0.12％、0.15％、0.20％、0.22％、0.25％、0.27％、0.30％、0.32％、0.35％、0.38％、0.39％)、Cu≤0.20％(例如0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.10％、0.08％、0.06％、0.05％、0.04％、0.02％)，余量为Fe及不可避免的杂质。

在此步骤中，钢水RH真空炉真空脱气时间为15-30min(例如17min、18min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min)，连铸机浇注过热度控制在15-35℃(例如16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、29℃、31℃、32℃、33℃、34℃、34.5℃)，防止在浇注过程中出现卷渣及形成表面裂纹的问题。

在本发明所采用的钢管的成分体系设计中：

1)C：C越高材料淬透性越好，C含量超过0.35％若淬火过程控制不当，容易产生淬火裂纹，且C越高淬火裂纹的风险越大，但厚壁管若C低，材料壁厚方向上力学性能均匀性差、韧性低，因此设计C含量在0.33-0.40％。

2)Mn：Mn有利于提高强度和淬透性，但Mn过高会增大碳化物的带状分布，从而造成调质后性能不均匀，且超过1.5％产生淬火裂纹的风险加大，因此设计Mn含量在0.40-1.10％。

3)Cr：Cr提高钢的强度和淬透性，但Cr过高会增大残余奥氏体量并增大碳化物的带状分布，使疲劳强度下降，因此将Cr控制在0.70-1.20％。

4)Mo：Mo提高材料的回火稳定性和淬透性，但成本高，因此将Mo控制在0.15-0.45％。

5)P、S：为材料中残余元素，P会形成偏析，S高会造成热轧表面裂纹，且降低材料冲击韧性，一般为残余元素且越低越好，因此控制P≤0.025％、S≤0.025％。

6)Cu：Cu能提高冲击韧性和强度，但Cu对材料表面质量有较大影响，一般超过0.15％易在钢管表面形成裂纹，一般为残余元素，因此设计Cu≤0.20％。

7)Ni能提高材料冲击韧性，但成本较高，因此设计Ni控制在0.10-0.40％。

更进一步优选地，钢种的成分(也可以说本发明无缝钢管或钻杆接头的成分)按质量百分比计由如下组份组成：C:0.33-0.40％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.40-1.10％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.70-1.20％、Mo：0.15-0.45％、Ni：0.10-0.40％、Cu≤0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。

更进一步优选地，钢种的成分按质量百分比计由如下组份组成：C:0.36-0.38％、Si：0.25-0.30％、Mn：0.50-1.00％、P≤0.012％、S≤0.006％、Cr：0.90-1.1％、Mo：0.2-0.35％、Ni：0.10-0.25％、0.01≤Cu≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

在本发明中，钻杆接头也可以采用4137钢种材料。

2、加热

将步骤1制备所得的连铸圆管坯下料成长度为2-4m(例如2.2m、2.4m、2.6m、2.8m、2.9m、3.0m、3.1m、3.2m、3.3m、3.4m、3.5m、3.6m、3.7m、3.8m、3.9m)后在管坯头部进行冷定心，以提高管坯的壁厚均匀度，管坯进环形加热炉加热，加热温度1200-1280℃(例如1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、1265℃、1270℃、1275℃)(优选为1220-1280℃)，加热时间为3-6小时(例如3.2h、3.5h、3.8h、4.0h、4.2h、4.5h、4.7h、5.0h、5.2h、5.5h、5.7h、5.9h)，其中在上升到上述加热温度之前还包括在900℃以下(例如890℃、880℃、870℃、860℃、850℃、840℃、830℃、820℃、810℃、800℃、790℃、770℃、750℃、740℃、710℃)(优选为800-900℃)预热0.5-1.5h(例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.45h)，防止因升温速度快及防止低温段导热性差而容易产生裂纹等缺陷。

在本步骤中，加热炉为环形加热炉。在本发明为了提高管坯的加热效率和加热均匀性更好，而选用了加热效率高、加热温度均匀不会出现阴阳面的环形加热炉加热。现有技术中也有其它类型的加热炉如步进炉和台车炉，但是步进炉的加热效率没有环形炉高，且步进炉维护复杂，台车炉的加热温度不均匀容易出现阴阳面，在轧制过程中会出现轧卡现象，因此，本发明选用了环形加热炉对管坯进行加热。

3、热轧成无缝钢管

将经过步骤2加热后的管坯再经过穿孔、轧管、减定径后在冷床上冷却到室温，得无缝钢管。

在此步骤中：

1)穿孔是在二辊立式锥形穿孔机上进行，其喂入角为8-15°(例如8.5°、9.0°、9.5°、10°、10.5°、11°、11.5°、12°、12.5°、13°、13.5°、14°、14.5°)、碾轧角为10-15°(例如10.1°、10.3°、10.5°、10.7°、10.8°、11°、11.5°、12°、12.5°、13°、13.5°、14°、14.5°)、压下量7-15％(例如7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％)。

2)轧管是在ASSEL轧管机上进行，其喂入角为3-12°(例如3.5°、4°、4.5°、5°、5.5°、6°、6.5°、7°、7.5°、8°、8.5°、9°、9.5°、10°、10.5°、11°、11.5°)、碾轧角为0-6°(例如0.5°、1.0°、1.5°、2.0°、2.5°、3.5°、4.0°、4.5°、5°、5.5°、5.8°)、减径量为10-25mm(例如11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、24.5mm)、减壁量为4-8mm(例如4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、7.9mm)。本发明选用ASSEL轧管机的优点是调整方便，壁厚精度高、适用于中厚壁无缝钢管，钢管热轧后外径精度达±0.75％、壁厚精度达±7.5％。

3)减定径是在十二机架二辊微张力减径机上进行，通过调整机架排列及轧辊辊缝，可生产任意标准和非标准规格无缝钢管，减定径的变形量为8-15％(比如：9％、10％、11％、12％、13％、14％)。

在此步骤中，本发明通过对喂入角、碾轧角、压下量、减径量和减壁量进行优化设计和限定，获得了高效生产、钻杆接头整体组织和力学性能均匀稳定以及成品率高的效果。具体地，喂入角过大，钢管咬入困难，无法顺利生产；若喂入角过小，轧制速度慢，生产效率低。碾轧角过大，设备占据空间大，碾轧角小，抗扭转变形、抗剪切变形的能力差，钢管容易出现表面裂纹、折叠等缺陷。压下量过大，会导致轧卡或设备因功率过高而损坏，压下量过小，轧制效率低。减径量越大，壁厚精度差，内螺纹越严重，减径量越小，芯棒脱棒越困难，轧制效率低。减壁量越大，容易产生裂纹等缺陷，减壁量越小，壁厚精度越低。减定径变形量越大，外径和壁厚的精度越低，容易出现内方缺陷，变形量越小，无法消除竹节等缺陷。本发明对上述工艺参数的进一步优化，为制备出的钻杆接头整体组织和力学性能均匀稳定提供保障。

4、调质(包括淬火处理和回火处理)

将步骤3制备出的无缝钢管在步进式加热炉中加热并保温，出炉后无缝钢管在淬火机中淬火冷却；待无缝钢管冷却到120-230℃(例如125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃)时停止冷却，接着无缝钢管进回火炉进行回火，最后出炉空冷。

在此步骤中：

1)无缝钢管在步进式加热炉中加热温度为830-870℃(例如835℃、840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、862℃、864℃、866℃、868℃、869℃)(此加热温度过低，淬火后会出现贝氏体、铁素体等组织，导致强度低、冲击低等综合力学性能较差；此加热温度过高，会产生过热或过烧现象)，保温时间为每25mm壁厚保温30分钟计算，炉内残氧量不超过2.5％。

在本步骤中选用步进式加热炉是因为无缝钢管步进时会旋转一个角度，且下面为架空结构，因此加热后钢管温度均匀一致，钢管直度较好，且加热效率高。

本步骤中控制炉内残氧量，主要是为了控制表面质量，因残氧量高，钢管表面的氧化铁皮多，虽然高压水除磷可以去除部分氧化皮，但钢管表面的氧化皮还是很厚，影响后续探伤。

2)在本步骤中出炉后无缝钢管在淬火机中进行外表面外淋+内表面内喷的淬火冷却工序。无缝钢管在淬火机中采用的淬火介质为水。

出炉后无缝钢管再经过高压水除磷，后经过辊道和拨料装置移动到淬火机的辊道上旋转，移动时间为15s，开启位于钢管上方的外淋水和钢管一侧端部的内喷水进行内外表同时冷却，其中外淋水和内喷水为循环冷却水，淬火时水温恒定，根据季节水温为10-25℃(例如11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、24.5℃)，待无缝钢管冷却到120-230℃(例如121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、129.5℃)(此温度过低，钢管容易出现淬火裂纹；此温度过高，会出现贝氏体等组织，导致综合力学性能低)时停止外淋水和内喷水。优选地，待无缝钢管冷却到120-150℃(例如122℃、125℃、127℃、130℃、132℃、135℃、137℃、140℃、142℃、145℃、147℃、150℃)时停止外淋水和内喷水。

本步骤中从出炉到淬火机时间15s，确保淬火时温度，现有的淬火方式是从井式炉或台车炉加热后吊运到淬火槽中，吊运时间长，且吊运时间不稳定。采用水淬冷却，环保、冷却速度快、廉价、成本低。采用内外表同时冷却，确保钢管壁厚方向上硬度差控制在3HRC以内，具有极好的性能均匀性。冷却到120-230℃时停止水冷，而不是室温时停冷却水，防止钢管因组织应力产生裂纹。淬火介质水为循环水，有冷却塔进行冷却，确保在一定的季节水温恒定，确保调质的性能，防止出现淬火裂纹。

3)接着经过辊道将无缝钢管移进步进式回火炉进行回火，回火加热温度为550-650℃，保温时间按每25mm壁厚保温90分钟计算(保温时间为90分钟/25mm壁厚)，炉内残氧量不超过2.5％，出炉空冷。

4)无缝钢管调质后力学性能可达到：屈服强度≥828Mpa、抗拉强度≥965Mpa、延伸率≥13％、表面硬度285-341HBW，室温纵向冲击达80J以上，-20℃纵向冲击达到60J以上，壁厚方向上环状硬度偏差在3HRC以下。

5、超声探伤

将步骤4中调质完成的无缝钢管在自动化探伤线上进行自动化超声探伤，确保无缝钢管表面及内部质量无缺陷。

自动化超声探伤前应取一支长度为3m、规格与探伤钢管一样的样管，采用样管对设备进行校准，样管的内外表分别用电火花刻有5％S深度横向伤、5％S深度纵向伤、30°斜向伤、平底孔的样伤，设备校准后将无缝钢管移动到辊道上保持旋转，龙门架上五个探靴装沿着钢管长度方向移动，对钢管进行探伤，移动速度为1-5米/分钟，并将灵敏度提高6db。此处选用上述技术控制参数的优点如下：根据ASSEL轧管机的变形特点，热轧无缝钢管过程中若产生缺陷，缺陷的方向一般为20-40°，因此采用30°斜向伤可识别20-40°缺陷；采用平底孔伤可识别钢管中非线性缺陷，如大颗粒夹渣；探伤速度快，一支钢管探伤时间不超过10min；探伤时提高6db灵敏度，可防止因钢管调质后表面氧化铁皮对探伤结果造成干扰；采用钢管旋转的同时进行探伤，其探伤覆盖率达110％。

现有技术中多采用的是手工探伤，而本发明中的采用的是超声探伤。本步骤中自动化超声探伤要求形状规则、长度至少4m以上，这点本发明中无缝钢管可以满足。

6、下料及机加工

将步骤5)中经过超声探伤工艺后的无缝钢管下料，后在数控车床上进行车削加工，加工后形成成品钻杆接头。

实施例1

采用电炉冶炼、炉外精炼和真空脱气后连铸成直径为155mm的连铸圆管坯，其化学成分具体见表1，后进环形加热炉按1240℃加热，加热4h后出炉，在二辊锥形穿孔机上进行穿孔，喂入角为12°、碾轧角为15°，压下量为12％，后经过ASSEL轧管机进行轧管，喂入角为8°、碾轧角为6°，减径量为15mm、减壁量为4.8mm，后在十二机架减定径机上进行减定径，减定径机的变形量为11.5％，热轧无缝钢管的规格为108*31mm(外径*壁厚)，按照本实施例的调质方法进行处理，具体调质工艺见表2，调质后力学性能见表3所示。

将本技术与现有技术生产的产品力学性能进行对比，现有技术的生产工艺为：采150mm轧制圆坯，下料、加热后在模锻液压机上进行锻造，将下料后接头进行调质处理，调质后力学性能见表3所示。

其中力学性能中拉伸试验按ASTM A370检验，冲击试验按ASTM E23检验，硬度按ASTM E18检验。

表1无缝钢管钢的化学组份(质量分数％，余量为Fe和不可避免的杂质)

表2无缝钢管的调质工艺

表3本实施例调质后无缝钢管与现有技术力学性能对比

实施例2

采用直径155mm连铸圆管坯，钢种的化学成分具体见表4，冶炼、加热和轧制无缝钢管的工艺参见实施例1，热轧无缝钢管的规格为116*35mm(外径*壁厚)，采用840℃淬火加热、590℃回火加热的热处理制度，按照本实施例的调质方法进行处理，具体调质工艺见表5，钢管调质后与现有技术(具体工艺如实施例1所述)生产的钢管力学性能对比见表6所示，其中拉伸试验按ASTM A370检验，冲击试验按ASTM E23检验，硬度按ASTM E18检验。

表4无缝钢管钢的化学组份(质量分数％，余量为Fe和不可避免的杂质)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu
									0.38	0.26	0.86	0.010	0.005	1.08	0.15	0.27	0.03

表5无缝钢管的调质工艺

表6本实施例调质后无缝钢管与现有技术力学性能对比

实施例3

采用直径155mm连铸圆管坯，钢种的化学成分具体见表7，冶炼、加热和轧制无缝钢管的工艺参见实施例1，热轧无缝钢管的规格为116*35mm(外径*壁厚)，采用850℃淬火加热、598℃回火加热的热处理制度，按照本实施例的调质方法进行处理，具体调质工艺见表8，钢管调质后与现有技术(具体工艺如实施例1所述)生产的钢管力学性能对比见表9所示，其中拉伸试验按ASTM A370检验，冲击试验按ASTM E23检验，硬度按ASTM E18检验。

表7无缝钢管钢的化学组份(质量分数％，余量为Fe和不可避免的杂质)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu
									0.36	0.25	0.92	0.011	0.006	1.02	0.18	0.28	0.04

表8无缝钢管的调质工艺

表9本实施例调质后无缝钢管与现有技术力学性能对比

实施例4

采用直径270mm连铸圆管坯，钢种的化学成分具体见表10，冶炼、加热和轧制无缝钢管的工艺参见实施例1，热轧无缝钢管的规格为172*51mm(外径*壁厚)，采用860℃淬火加热、610℃回火加热的热处理制度，按照本实施例的调质方法进行处理，具体调质工艺见表11，钢管调质后与现有技术(具体工艺如实施例1所述)生产的钢管力学性能对比见表12所示，其中拉伸试验按ASTM A370检验，冲击试验按ASTM E23检验，硬度按ASTM E18检验。

表10无缝钢管钢的化学组份(质量分数％，余量为Fe和不可避免的杂质)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu
									0.38	0.26	0.98	0.010	0.004	0.96	0.19	0.30	0.03

表11无缝钢管的调质工艺

表12本实施例调质后无缝钢管与现有技术力学性能对比

对比例

对于采用本发明实施例1方法制备的108*31mm规格的无缝钢管，采用不同热处理工艺，调质后进行力学性能对比，具体热处理工艺对比见表13，力学性能对比见表14。

表13热处理工艺对比

表14力学性能对比

由上述表14的力学性能对比情况可知，工艺1的强度大幅度降低，工艺2的冲击功降低，工艺3的强度提高冲击功降低，工艺4的强度降低，工艺5的力学性能无明显波动，但在超声探伤时发现内表面有纵向裂纹，经分析为淬火原因导致的淬火裂纹。

通过上述实施例及对比例，本发明提供的技术方案是采用无缝钢管代替现有技术中棒材模锻生产钻杆接头的制造方法；同时对无缝钢管的化学组分进行设计使材料具有较高的淬透性，确保调质后具有较好的综合力学性能；还有在热轧无缝钢管时采用Assel轧管机生产，通过调整相关参数，钢管成形后外径可达±0.75％、壁厚可达±7.5％，尺寸精度高；由于钢管壁厚大外径小，调质时易出现淬火裂纹，本发明通过调整设计调质工艺中的各项技术参数以确保在满足标准性能要求情况下不出现淬火裂纹，从而最终使本发明具有如下有益技术效果：无缝钢管调质后力学性能可达到：屈服强度≥828Mpa、抗拉强度≥965Mpa、延伸率≥13％、表面硬度285-341HBW，室温纵向冲击达80J以上，-20℃纵向冲击达到60J以上，壁厚方向上环状硬度偏差在3HRC以下。此外，本发明还具有如下的技术效果：

1、本发明提供的制造方法整体生产效率显著提高。现有技术中采用热模锻工艺，一台模锻机一个班仅生产约100个钻杆接头；而采用本发明的热轧无缝钢管，一个班可生产500支以上，每支钢管可下料成八个钻杆接头以上，本发明的生产效率比现有模锻方式生产效率提高至少40倍。

2、本发明制备出的钻杆接头整体组织和力学性能均匀稳定。现有技术中热模锻后钻杆接头采用淬火液或淬火油进行淬火，一方面冷却速度慢，仅有外表冷却，因此截面方向上力学性能稳定性差，其截面硬度波动在4HRC(35HBW)以上，且淬火液或淬火油的生产成本高，淬火油对环境有污染；而本发明采用无缝钢管调质，采用水作为淬火介质，采用内外表同时冷却的淬火冷却方式，钢管截面方向上力学性能均匀稳定，本发明制备出的钻杆接头的截面硬度波动在3HRC(25HBW)以内，强度波动可控制在70Mpa以内。

3、本发明的技术方案精整效率高。现有技术中采用热模锻生产钻杆接头，需要进行手工超声探伤，手工探伤一方面效率低，另外一方面由于人工操作，探伤覆盖率会有误差；而采用本发明的无缝钢管生产钻杆接头，采用自动化超声探伤，一台超声探伤仪一个班可生产至少400支钢管，且100％覆盖，零缺陷出厂。

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、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用无缝钢管生产钻杆接头的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：

1)连铸圆管坯的制备：依次经冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇注工序制备得到所述连铸圆管坯；

2)加热：将步骤1)制备所得的连铸圆管坯进行加热处理；

3)热轧成无缝钢管：将经过步骤2)加热处理后得到的管坯依次进行穿孔、轧管、减定径处理，然后冷却到室温，得无缝钢管；

4)调质：将步骤3)制备出的无缝钢管进行调质处理；所述调质处理包括淬火处理和回火处理；

5)超声探伤：将经步骤4)调质处理后的无缝钢管在自动化探伤线上进行超声探伤，确保无缝钢管表面及内部质量无缺陷；

6)下料及机加工：将经步骤5)超声探伤后的合格无缝钢管下料，然后进行车削加工，加工后形成成品钻杆接头。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述连铸圆管坯规格为

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，按质量百分比计，所述钻杆接头包括如下组份：C:0.33-0.40％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.40-1.10％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.70-1.20％、Mo：0.15-0.45％、Ni：0.10-0.40％、Cu≤0.20％；

优选地，按质量百分比计，所述钻杆接头由如下组份组成：C:0.36-0.38％、Si：0.25-0.30％、Mn：0.50-1.00％、P≤0.012％、S≤0.006％、Cr：0.90-1.1％、Mo：0.2-0.35％、Ni：0.10-0.25％、0.01≤Cu≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述加热处理采用环形加热炉完成。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述加热处理包括：在加热温度为1200-1280℃的条件下保温3-6小时；

优选地，在升温至1200-1280℃的加热温度之前，所述加热处理还包括预热处理，所述预热处理为：在900℃以下预热0.5-1.5h；

更优选地，所述加热温度为1220-1280℃；所述预热处理为：在800-900℃条件下预热0.5-1.5h。

6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3)中，将经过步骤2)加热处理后得到的管坯依次进行二辊斜轧穿孔、Assel轧管机轧管、十二机架二辊减定径机减径处理，然后在冷床上冷却到室温，得无缝钢管。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤4)中，所述淬火处理包括：在步进式加热炉中对无缝钢管进行加热并保温；优选地，所述步进式加热炉中加热温度为830-870℃，更优选地，保温时间按每25mm壁厚保温30分钟计算。

8.如权利要求1或7所述的制造方法，其特征在于，步骤4)中，所述淬火处理还包括：在淬火机中对加热保温后的无缝钢管进行冷却处理，冷却介质为水；优选地，所述冷却处理采用外表面外淋水冷却以及内表面采用内喷水冷却的方式进行；

再优选地，待无缝钢管冷却到120-230℃时停止所述冷却处理；更优选地，待无缝钢管冷却到120-150℃时停止所述冷却处理。

9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述冶炼采用70t偏心底式电弧炉进行；所述炉外精炼采用LF精炼炉进行；所述真空脱气采用RH真空脱气炉进行。

10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤4)中，所述回火处理是在回火炉中进行的，且出所述回火炉后空冷；优选地，所述回火处理的保温温度为550-650℃；

更优选地，所述回火处理的保温时间按每25mm壁厚保温60分钟计算。