CN112008031A - 一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，属于特殊锻件处理工艺领域，其技术方案要点是包括以下步骤：步骤1、对原材料进行熔炼；步骤2、锻造加热；步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；(1)第一火次：锻造温度为1160～1190℃；(2)第二火次；锻造温度为1130～1150℃；步骤4、热处理；包括：(1)锻后正火处理；(2)对锻件进行机械粗加工；(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为840～870℃；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为630～690℃；步骤5、对锻件进行机械精加工，本发明的优点在于有利于锻件晶粒度更加细化，提高锻件的各方面属性，提高零件的使用寿命。

Description

一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺
技术领域
本发明涉及特殊锻件处理工艺领域，特别涉及一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺。
背景技术
随着能源需求的不断加大以及美国“页岩气革命”获得成功，页岩气成为非常规油气资源的新兴力量，页岩气勘探开发成为世界各国关注的热点。我国页岩气资源丰富，分布面积较广，开发潜力巨大。通过对国内外页岩气开发现状的调研，分析、对比水平井多段压裂、同步压裂等先进的页岩气开采技术对我国页岩气开采的适应性，优选适于我国地质条件的先进开采工艺技术，激发我国在页岩气开采方面的活力。现阶段美国凭借着丰富的页岩油气资源、成熟的页岩油气开采技术，成为世界上页岩气开发最多的国家，彻底摆脱了对进口石油和天然气的依赖，一举成为石油和天然气出口大国。为我国页岩气勘探开发提供良好的借鉴经验。由于开采环境恶劣，长期处于高压状态中运行，零件的使用寿命是关键。
本材料使用工况恶劣，现有的技术存在着抗腐蚀、蠕变和耐研磨、疲劳效果差的问题，将材料的晶粒细化提高原材料的纯净度能够有效的解决这类问题，为此我公司进行页岩气开采用阀体细晶粒锻件锻造工艺的研发，解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其优点在于有利于锻件晶粒度更加细化，提高锻件的各方面属性，提高零件的使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，包括以下步骤：
步骤1、对原材料进行熔炼；
步骤2、锻造加热；
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；
(1)第一火次：锻造温度为1160～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长、镦粗；终锻温度≥880℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1170℃；加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.5h；
(2)第二火次；锻造温度为1130～1150℃；在第二火次中，将钢锭拔长后镦粗成型；终锻温度≥830℃；完成第二火次后，将锻件空冷；
步骤4、热处理；步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：将锻件装于热处理炉进行正火处理；正火温度为870～890℃，正火锅城中的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷；
(2)对锻件进行机械粗加工；
(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为840～870℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为630～690℃，回火过程的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min；
步骤5、对锻件进行机械精加工。
进一步的，所述锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：0.25～0.36％，Mn：0.20～0.4％，P：≤0.005％，S≤0.003％，Si：0.15～0.35％，Cr：1.25～1.75％，Ni：3.0～3.5％，Mo：0.30～0.60％，V：0.10～0.15％；余量为Fe及杂质。
进一步的，在步骤2中，具体包括以下步骤：(1)锻件装炉；装炉温度≤500℃；(2)锻件升温；升温速度＜180℃/H；(3)保温；分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1190℃。
进一步的，在保温过程中，每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
进一步的，在步骤3的第一火次中，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞4.5。
进一步的，在步骤3的第二火次中，拔长比＞2.2，镦粗比＞2.2。
进一步的，在步骤3中，完成第二火次后，将锻件空冷至锻件温度≤650℃。
进一步的，在步骤4中，淬火时，将锻件放入流动水中冷却；锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；淬火后冷却水的水温≤43℃。
进一步的，在步骤4中，第(3)步重复进行；所述调质、保温和淬火过程的重复次数≤2。
进一步的，在步骤1中，对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过熔炼步骤，将锻件中的化学元素的组份严格控制在要求范围内，相对于现有技术中的标准文件号为JB/T6396的行业标准来说，本发明调整了C，V，Cr，Ni，Mo含量，适当将上述元素的含量做了提高，此四种元素有效提高调质过程中钢的淬透性，并且可起到细化晶粒的作用。严格控制P，S含量，提高了产品冲击性能；
2.本发明通过锻造加热步骤，有效减少了钢锭中自由铁素体组织，优化了钢锭的锻造性能；
3.本发明的锻造包括两次火次过程，第一火次使得锻件达到了加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除铸态组织。使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象。材料内部夹杂物也可有效锻小或锻碎。同时经过控制火次间的加热及终锻温度使锻件晶粒度更加细化。锻件晶粒细化可提高各方面性能如提高韧性，增加抗疲劳性从而提高使用寿命；
4.本发明在锻造后的热处理步骤中，锻后及时正火+回火保证了锻件的晶粒更均匀细化，使锻件内有害气体充分扩散。淬火时控制入水时间及冷却液温度来保证锻件的淬火效果，充足的回火保温时间保证锻件内部应力消除的更好。
附图说明
图1是页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：对原材料进行熔炼，原材料进行EF+LF+VD的处理过程。原材料急锻件的各化学元素的成份重量百分比为：C：0.25％，Mn：0.20～0.4％，P：≤0.005％，S≤0.003％，Si：0.15～0.35％，Cr：1.25％，Ni：3.0％，Mo：0.30％，V：0.10％；余量为Fe及杂质。
对原材料依次进行电弧炉熔炼、钢包精炼炉吹氩搅拌精炼以及真空脱气处理工艺。通过EF+LF+VD的处理过程，将原材料的所有组份严格控制在要求范围内。
步骤2、锻造加热，包括以下步骤：(1)锻件装炉；装炉温度≤500℃；2)锻件升温；升温速度＜180℃/H；(3)锻件保温；分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1190℃，锻件每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次。
(1)第一火次：锻造温度为1160～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长、镦粗；终锻温度≥880℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1200℃；加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～12h；
优选的，在第一火次中，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞4.5。
(2)第二火次；锻造温度为1130～1150℃；在第二火次中，将钢锭拔长后镦粗成型；终锻温度≥830℃；完成第二火次后，将锻件进行空冷。空冷是指将锻件放置在空气中自然冷却至600～650℃。
优选的，在第二火次中，拔长比＞2.2，镦粗比＞2.2。
锻造温度需控制在钢锻造性能最好的区间。其中锻造的第一火次是为了达到加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除钢锭内部枝状晶组织。使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象。材料内部夹杂物也可有效锻小或锻碎。同时经过控制各火次间的加热及终锻温度使锻件晶粒度细化并有效控制锻件晶粒细化可提高各方面性能如提高韧性，增加抗疲劳性从而提高使用寿命。
步骤4、热处理，其具体包括以下步骤：
(1)锻后正火回火处理：将锻件装于热处理炉进行正火处理；正火温度为870～890℃，正火过程中的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷至600～650℃；再将锻件装于热处理炉进行回火处理，回火温度为630～680℃，回火过程中的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.8～3.2min。
正火保证了锻件的晶粒更均匀细化。淬火时控制入水时间，及冷却水的温度来保证锻件的淬火效果。充足的回火保温时间保证锻件内部应力消除的更好。
(2)对锻件进行机械粗加工。
(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为850～880℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为550～600℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min。
在淬火过程中，将锻件放入流动水中冷却；锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；淬火后水温≤40℃。
在热处理的过程中，(3)调质过程可以进行多次重复，其中调质、保温和淬火过程的重复次数≤2，而回火的重复次数不限。以最终达到良好的热处理效果为目的。
实施例2：一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其与实施例1不同的地方在于：锻件的各化学元素的成份重量百分比为：C：0.31％，Mn：0.20～0.4％，P：≤0.005％，S≤0.003％，Si：0.15～0.35％，Cr：1.55％，Ni：3.2％，Mo：0.45％，V：0.13％；余量为Fe及杂质。
实施例3：一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其与实施例1不同的地方在于：锻件的各化学元素的成份重量百分比为：C：0.31％，Mn：0.20～0.4％，P：≤0.005％，S≤0.003％，Si：0.15～0.35％，Cr：1.55％，Ni：3.2％，Mo：0.45％，V：0.13％；余量为Fe及杂质。
锻件的力学性能测试：
实验准备：分别取实施例1、实施例2和实施例3生产的锻件，编为1#实验组、2#实验组和3#实验组。
表1：1#实验组、2#实验组和3#实验组的性能数据。
Figure BDA0002649058980000071
表1。
实验结论分析：从三组实验结果分析，调整了C，V，Cr，Ni，Mo含量，增加金相组织的淬透性，进一步细化晶粒，细化的晶粒也进一步提高锻件的综合力学性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、对原材料进行熔炼；
步骤2、锻造加热；
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；
(1)第一火次：锻造温度为1160～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长、镦粗；终锻温度≥880℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1170℃；加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.5h；
(2)第二火次；锻造温度为1130～1150℃；在第二火次中，将钢锭拔长后镦粗成型；终锻温度≥830℃；完成第二火次后，将锻件空冷；
步骤4、热处理；步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：将锻件装于热处理炉进行正火处理；正火温度为870～890℃，正火锅城中的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷；
(2)对锻件进行机械粗加工；
(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为840～870℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为630～690℃，回火过程的保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min；
步骤5、对锻件进行机械精加工。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：0.25～0.36％，Mn：0.20～0.4％，P：≤0.005％，S≤0.003％，Si：0.15～0.35％，Cr：1.25～1.75％，Ni：3.0～3.5％，Mo：0.30～0.60％，V：0.10～0.15％；余量为Fe及杂质。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤2中，具体包括以下步骤：(1)锻件装炉；装炉温度≤500℃；(2)锻件升温；升温速度＜180℃/H；(3)保温；分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1190℃。
4.根据权利要求3所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在保温过程中，每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤3的第一火次中，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞4.5。
6.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤3的第二火次中，拔长比＞2.2，镦粗比＞2.2。
7.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤3中，完成第二火次后，将锻件空冷至锻件温度≤650℃。
8.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤4中，淬火时，将锻件放入流动水中冷却；锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；淬火后冷却水的水温≤43℃。
9.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤4中，第(3)步重复进行；所述调质、保温和淬火过程的重复次数≤2。
10.根据权利要求1所述的一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤1中，对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
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