CN114310156A - 一种钛合金钻杆接头模锻制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，该方法步骤包括：a、钛合金钻杆接头模锻成型一；b、钛合金钻杆接头模锻成型二；c、钛合金钻杆接头热处理；d、钛合金钻杆接头粗加工；e、钛合金钻杆接头螺纹加工。采用本发明方法制备钛合金钻杆接头，产品综合性能好，节约材料成本。

Description

一种钛合金钻杆接头模锻制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻杆技术领域，特别是一种钛合金钻杆接头模锻制备方法。
背景技术
油气资源的勘探开发正在进入那些先前被认为是“不可行”的地区，深井、超深井，超短半径水平井等复杂钻井越来越多。常用的钢质钻杆在这些苛刻井中使用受到一定限制，如在深井超深井面临钻井效率低、钻机负荷高，井下复杂时管柱安全强度余量储备不足；超短半径水平井钻具疲劳寿命显著降低、钻井效率低下甚至无法钻进等。钛合金具有密度低，比强度高、耐蚀性优异、弹性模量低、易于成型、抗疲劳性能好等优良特性，可有效解决这些苛刻环境中钢质材料的不足，钛合金材料用于油气开发领域具有巨大的优势，钛合金钻杆是一种高端石油钻杆产品。
钛合金钻杆由钛合金管体和钛合金接头焊接而成。目前的钛合金钻杆接头采用钛合金棒坯机加工内孔及接头外形的工艺方法制造钻杆接头，采用这种钛合金钻杆接头制造方法，将会有40～60%的钛合金材料在加工过程中损失，严重影响钛合金钻杆接头制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，主要解决上述现有技术存在的问题, 采用本发明方法制备钛合金钻杆接头，产品综合性能好，节约材料成本。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、钛合金钻杆接头模锻成型一；
b、钛合金钻杆接头模锻成型二；
c、钛合金钻杆接头热处理；
d、钛合金钻杆接头粗加工；
e、钛合金钻杆接头螺纹加工。
所述步骤a中，将钛合金棒坯加热至1000～1050℃，保温60～90min，在第一模锻机上进行第一次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～24MPa，保压时间30s，模锻变形量40～60%；然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第二次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～20MPa，保压时间15s，模锻变形量5～15%。
所述步骤b中，将模锻一后的钛合金接头坯料加热至900～950℃，保温30～60min，在第一模锻机上进行第三次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～24MPa，保压时间30s，模锻变形量10～20%；然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第四次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～20MPa，保压时间15s，模锻变形量5～15%。
所述步骤c中，将经过模锻成型二之后的钛合金钻杆接头立即进入步进炉加热至700～800℃，保温120min，缓慢冷却至室温。
所述步骤d和e中，对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工，然后进行钛合金钻杆接头螺纹加工。
所述钛合金钻杆接头涉及2-3/8in至5-7/8in不同规格钻杆，接头外径85.7～184.15mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明采用模锻成型技术制备钛合金钻杆接头，钛合金实心棒料通过多次热挤压变形，最终成型钻杆接头毛坯形状，在经过热处理，产品综合性能好，节约材料成本。
与现有技术相比，制造相同规格的产品,本发明方法可以节约20%-40%材料，避免大规格钛合金接头深孔钻难题，产品制造成本降低10%以上，同时，经过模锻成型工艺后，接头的整体综合性能更加均匀优异。
附图说明
图1为本发明方法制备的钛合金钻杆公接头。
图2为本发明方法制备的钛合金钻杆母接头。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
可选用钛合金材料的重量百分比组成：Al 5 .5～6.5％、V 3 .5～4 .5％、Zr：1.2～2.0％，Mo：0 .8～1 .5％，C≤0 .05％、N≤0 .03％、H≤0 .0125％和O≤0 .1％，余量为Ti。
具体在以下实施例中，Al：6％、V：4％，其余为Ti，该化学元素配比是对TC4材料的优化，属于α+β型钛合金，具有优良的综合力学机械性能。通过真空炉熔炼铸锭及自由锻制成规格为Φ150mm的钛合金棒坯。
实施例1：
钛合金钻杆接头模锻一，是将规格为Φ150mm的钛合金棒坯加热至1000℃，保温90min，在第一模锻机上进行第一次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s；然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第二次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻成型一的钛合金接头坯料外径165mm，内径65mm。
钛合金钻杆接头模锻二，是将模锻一后的钛合金接头坯料加热至900℃，保温60min，在第一模锻机上进行第三次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s，然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第四次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻二成型的钛合金接头坯料外径172mm，内径72mm。
将经过模锻二之后的钛合金钻杆接头坯料立即进入步进炉加热至700℃，保温120min，缓慢冷却至室温；
对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工；
钛合金钻杆接头内外表面精加工及螺纹加工；制成如图1、2所示的钛合金钻杆公接头和钛合金钻杆母接头。
通过本实施例的加工，获得钛合金钻杆接头抗拉强度为976MPa，屈服强度为895MPa，延伸率为16％，冲击功48J。
实施例2：
钛合金钻杆接头模锻一，是将规格为Φ150mm的钛合金棒坯加热至1020℃，保温75min，在第一模锻机上进行第一次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s，然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第二次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻一成型的钛合金接头坯料外径165mm，内径65mm。
钛合金钻杆接头模锻二，是将模锻一后的钛合金接头坯料加热至930℃，保温45min，在第一模锻机上进行第三次次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s，然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第四次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻二成型的钛合金接头坯料外径172mm，内径72mm。
将经过模锻二之后的钛合金钻杆接头坯料立即进入步进炉加热至750℃，保温120min，缓慢冷却至室温；
对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工；
钛合金钻杆接头内外表面精加工及螺纹加工；制成如图1、2所示的钛合金钻杆公接头和钛合金钻杆母接头。
通过本实施例的加工，获得钛合金钻杆接头抗拉强度为955MPa，屈服强度为877MPa，延伸率为18％，冲击功46J。
实施例3：
钛合金钻杆接头模锻一，是将规格为Φ150mm的钛合金棒坯加热至1050℃，保温60min，在第一模锻机上进行第一次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s，然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第二次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻一成型的钛合金接头坯料外径165mm，内径65mm。
钛合金钻杆接头模锻二，是将模锻一后的钛合金接头坯料加热至950℃，保温30min，在第一模锻机上进行第三次次模锻成型，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力18MPa，保压时间30s，然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第四次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力14MPa，保压时间15s，模锻二成型的钛合金接头坯料外径172mm，内径72mm。
将经过模锻二之后的钛合金钻杆接头坯料立即进入步进炉加热至800℃，保温120min，缓慢冷却至室温；
对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工；
钛合金钻杆接头内外表面精加工及螺纹加工；制成如图1、2所示的钛合金钻杆公接头和钛合金钻杆母接头。
通过本实施例的加工，获得钛合金钻杆接头抗拉强度为930MPa，屈服强度为848MPa，延伸率为18％，冲击功53J。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、钛合金钻杆接头模锻成型一；
b、钛合金钻杆接头模锻成型二；
c、钛合金钻杆接头热处理；
d、钛合金钻杆接头粗加工；
e、钛合金钻杆接头螺纹加工。
2.根据权利要求1所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述步骤a中，将钛合金棒坯加热至1000～1050℃，保温60～90min，在第一模锻机上进行第一次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～24MPa，保压时间30s，模锻变形量40～60%；然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第二次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～20MPa，保压时间15s，模锻变形量5～15%。
3.根据权利要求1或2所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述步骤b中，将模锻一后的钛合金接头坯料加热至900～950℃，保温30～60min，在第一模锻机上进行第三次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～24MPa，保压时间30s，模锻变形量10～20%；然后将钛合金钻杆接头旋转90°，在第二模锻机上进行第四次模锻，包括外模具和中心穿孔模具，模锻压力12～20MPa，保压时间15s，模锻变形量5～15%。
4.根据权利要求1或2或3所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述步骤c中，将经过模锻成型二之后的钛合金钻杆接头立即进入步进炉加热至700～800℃，保温120min，缓慢冷却至室温。
5.根据权利要求1或2或3所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述步骤d和e中，对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工，然后进行钛合金钻杆接头螺纹加工。
6.根据权利要求4所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述步骤d和e中，对钛合金钻杆模锻接头进行粗加工，然后进行钛合金钻杆接头螺纹加工。
7.根据权利要求1或2或3所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述钛合金钻杆接头涉及2-3/8in至5-7/8in不同规格钻杆，接头外径85.7～184.15mm。
8.根据权利要求4所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述钛合金钻杆接头涉及2-3/8in至5-7/8in不同规格钻杆，接头外径85.7～184.15mm。
9.根据权利要求5所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述钛合金钻杆接头涉及2-3/8in至5-7/8in不同规格钻杆，接头外径85.7～184.15mm。
10.根据权利要求6所述一种钛合金钻杆接头模锻制备方法，其特征在于：所述钛合金钻杆接头涉及2-3/8in至5-7/8in不同规格钻杆，接头外径85.7～184.15mm。
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