专利名称：一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法
技术领域：
本发明涉及石油管工程领域，特别涉及一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法。
背景技术：
在全尺寸实物性能试验中，油、套管的抗外压至失效性能是保证油、套管质量和安全使用的一项关键参数。近年来，随着油、套管生产技术和质量水平的提高，大部分生产厂已经具备生产适用于极端工况条件下的超高钢级油、套管。在超高钢级油、套管生产出来后，要进行(超)高钢级油、套管全尺寸外压至失效性能试验，对新产品的外压至失效性能进行评定。在全尺寸外压至失效试验中，要用挤毁缸进行对新产品进行试验。·在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题生产厂外压至失效试验设备的试验能力相对于钢材的发展存在滞后现象，现有设备能力还不能够进行超高钢级油、套管全尺寸外压至失效性能试验，无法对新产品的外压至失效性能进行评定。现有技术在全尺寸外压至失效试验中，挤毁缸的材质及制造方法不能满足现有试验需求。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种淬透性高，硬度分布均匀，能够满足超高钢级油、套管全尺寸抗外压至失效试验要求的挤毁缸的制造方法。为了实现上述目的本发明采取的技术方案是一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，包括以下步骤(I)将炉料首先经过电炉及真空精炼炉冶炼后，通过电渣炉重熔冶炼，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成方锭，然后通过锤锻方式获得柱状锻件；(2)获得的柱状锻件经煅烧、退火处理后获得处理后试件；(3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得挤毁缸半成品；(4)对挤毁缸半成品进行整体调质处理，首先经淬火后，再回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织；(5)将步骤(4)得到的材料进行加工，得到抗外压至失效试验用挤毁缸。所述挤毁缸各组分的质量百分比组成如下C 0. 20 O. 40%；Si :彡 O. 35%；Mn :0. 50 O. 90%；P :彡 O. 020%；S :彡 O. 015%；Cr :1. 20 2. 50%；Mo :0. 18 O. 50%；Ni :1. 20 3. 30%；V :0. 05 O. 15%；Fe :96. 670 91. 865%，Si、P和S的含量中零除外。本发明更优选的技术方案一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，包括以下步骤(I)将炉料首先经过电炉1650 1750°C冶炼2h 2. 5h及真空精炼炉1650°C 1750°C冶炼3 4h后，通过电渣炉1650 1750°C重熔冶炼，时间2h 3h，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成所需尺寸的方锭，水压机始锻温度控制在1140 1160°C，时间29h 31h，终锻温度850°C 900°C，然后通过锤锻方式获得所需尺寸的柱状锻件；(2)获得的柱状锻件经850 890°C，4 5小时退火处理后获得处理后试件；(3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得Φ900mmX500mm的挤毁缸半成品;(4)对挤毁缸半成品进行整体调质处理，首先经850 890°C淬火，O. 5 I. 5小时，然后620 680°C，4 5小时回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织。所述步骤(I)中方锭的尺寸为1800mmX1800mmX 1800mm，柱状锻件的尺寸为Φ900mmX 4m。所述步骤(4)中的淬火选用水淬。 所述挤毁缸各组分的质量百分比更优选的组成如下C :0. 28 O. 40% ；Si 0< Si 彡 O. 30%；Mn :0. 60 O. 80% ；P 0 < P ^ O. 010%；S 0 < S ^ O. 015% ；Cr :1. 25
2.50% ；Mo 0. 20 O. 50% ；Ni :2. O 3. 0% ；V :0. 10 O. 15% ；Fe :92. 325 95. 57%。发明制造的超高外压至失效实物性能试验用挤毁缸在外压至失效试验中作为主要的耐压装置，能够模拟油气田工况条件下的外压条件，检验超高钢级油、套管抗高外压挤毁能力，能够对抗外压挤毁强度达到250MPa的油、套管产品进行外压至失效试验，为超高钢级油、套管在高外压环境下的安全使用提供数据支持，为油气田的安全使用及超高钢级油、套管的国产化提供技术保障。本发明主要是通过材料选择及加工制造两方面生产超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸，实现外压至失效试验系统的高强度挤毁能力和可靠性。本发明的选材、加工、制造完全能够实现国产化，成本低。通过本发明的制造方法能够获得高冶金质量、高性能的挤毁缸，挤毁缸淬透性高，硬度分布均匀。通过本发明制造的超高钢级油、套管高外压至失效试验用挤毁缸，能够满足超高钢级油、套管全尺寸抗外压至失效试验要求。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例I挤毁缸各合金成分质量百分含量为C:0. 36% ；Si 0. 28 % ；Mn 0. 68 % ；P
0.0092% ；S 0. 0058% ；Cr :1. 27% ；Mo :0. 29% ；Ni :2. 11% ；V :0. 10% ；Fe :94. 895% ；挤毁缸制造工艺(I)将炉料首先经过电炉1650 0C冶炼2. 5h及真空精炼炉1680 °C冶炼
3.5h后，通过电渣炉1700°C重熔冶炼3h，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成1800mmX 1800mmX 1800mm方锭，水压机始锻温度控制在1150°C，时间30h，终锻温度850°C停止锻造，然后通过锤锻方式获得Φ900_Χ4πι的柱状锻件；(2)柱状锻件经880°C加热4小时退火后获得处理后试件；处理后试件组织均匀，因再次煅烧退火后消除锻造应力，使得试样硬度分布均匀。(3)对退火处理后试件进行钻孔、车螺纹等粗加工，获得ct900mmX500mm的挤毁
缸半成品。
(4)挤毁缸半成品再经过860°C加热I. 5小时水淬冷调质处理，然后650°C，4小时回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织，即获得所需要的材料性能。(5)最后对第(4)步获得的材料进行车螺纹及密封台阶等最终的精加工，按照现有方法完成挤毁钢的制造加工工序，最终获得具有高强度性能的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸。本实施例制备的挤毁缸性能特点本实施例生产的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸性能优良，抗拉强度1212MPa，屈服强度1120MPa，延伸率16%，断面收缩率47%,4. 5°C时夏比冲击韧性达到46J，试样硬度分布均匀，布氏硬度平均为350HB。试件为回火索氏体组织，晶粒度为7. O级。本发明的炉料是铁水和废钢，根据最终所需要挤毁缸的合金成分，在冶炼过程中 加入不同合金含量的铁水和废钢，这种调制通过现有技术均可实现，最终制备得到本发明所需挤毁缸的合金含量。实施例2挤毁缸各合金成分质量百分含量为C:0. 36% ；Si 0. 28 % ；Mn 0. 68 % ；P
0.0092% ；S 0. 0058% ；Cr :1. 27% ；Mo :0. 29% ；Ni :2. 11% ；V :0. 10% ；Fe :95. 079% ；(I)将炉料首先经过电炉1700 V冶炼2h及真空精炼炉1650 V冶炼4h后，通过电渣炉1750 °C重熔冶炼2. 5h，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成1800mmX 1800mmX 1800mm方锭，水压机始锻温度控制在1160°C，时间31h，终锻温度880°C停止锻造，方锭然后通过锤锻方式获得Φ 900mmX 4m的柱状锻件；(2)获得的柱状锻件经890°C，5小时退火处理后获得均匀的组织，消除锻造应力，试样硬度分布均匀的处理后试件；(3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得Φ900mmX500mm的挤毁缸半成品;(4)挤毁缸经过880°C加热I小时水淬，然后680°C，5小时回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织，即获得所需要的材料性能；(5)最后对第(4)步获得的材料进行车螺纹及密封台阶等最终的精加工，按照现有方法完成挤毁钢的制造加工工序，最终获得具有高强度性能的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸。本实施例制备的挤毁缸性能特点本实施例生产的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸性能优良，抗拉强度1120MPa，屈服强度1033MPa，延伸率19%，断面收缩率59%,4. 5°C时夏比冲击韧性达到52J，试样硬度分布均匀布氏硬度平均为345HB。试件为回火索氏体组织，晶粒度为7. O级。实施例3挤毁缸各合金成分质量百分含量为C 0. 30 % ；Si 0. 30 % ；Mn :0. 76 % ；P
0.0050% ；S 0. 012% ；Cr :1. 78% ；Mo :0. 31% ；Ni :2. 09% ；V :0. 08% ；Fe :94. 363%(I)将炉料首先经过电炉1750°C冶炼2h及真空精炼炉1700°C冶炼3h后，通过电渣炉1650°C重熔冶炼2h，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成1800mmX 1800mmX 1800mm方锭，水压机始锻温度控制在1140°C，时间29h，终锻温度900°C停止锻造，方锭然后通过锤锻方式获得Φ 900mmX 4m的柱状锻件；
(2)获得的柱状锻件经850°C，4. 5小时退火处理后获得均匀的组织，消除锻造应力，试样硬度分布均匀的处理后试件；(3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得Φ900mmX500mm的挤毁缸半成品;(4)对挤毁缸半成品进行整体调质处理，挤毁缸经过850°C加热O. 5小时水淬，然后620°C，4. 5小时回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织。(5)最后对第(4)步获得的材料进行车螺纹及密封台阶等最终的精加工，按照现有方法完成挤毁钢的制造加工工序，最终获得具有高强度性能的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸。本实施例制备的挤毁缸性能特点本实施例生产的超高钢级油、套管抗外压至失效试验用挤毁缸性能优良，屈服强度1056MPa，抗拉强度1126MPa，伸长率18%，断面收缩率 56%,4. 5°C时夏比冲击韧性达到50J，试样硬度分布均匀布氏硬度平均为347HB。试件为回火索氏体组织，晶粒度为7. O级。以上实施例的试验结果表明，本发明超高外压至失效试验用挤毁缸的制造方法能够满足高钢级油、套管全尺寸外压至失效试验用挤毁的性能要求。为了保证挤毁缸的综合机械性能，对其化学成分进行合理设计。本发明通过强度计算并结合挤毁缸的结构特点，采用Cr-Ni-Mo-V合金体系作为挤毁缸的材料，Cr合金元素可以使钢的淬透性增加，回火稳定性提高，提高强度；Ni元素不仅能提高钢的强度，而又使钢材保持良好的塑性和韧性；Mo等强碳化物形成元素，可以使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能；其次，充分利用钢中Ni的固溶强化和微合金化元素，V等碳氮化物的沉淀强化，使原奥氏体晶粒保持细化，以保证钢板在多次热加工和淬火、回火热处理后晶粒细小，进一步提高钢的强度和韧性。通过调整C含量、并合理调整材料化学成分，再通过后续的热处理最终获得中碳低合金调质钢，从而使外压至失效用挤毁缸的挤毁强度达到250MPa。以上所述仅为本发明的较佳实施例，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将炉料首先经过电炉及真空精炼炉冶炼后，通过电渣炉重熔冶炼，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成方锭，然后通过锤锻方式获得柱状锻件； (2)获得的柱状锻件经煅烧、退火处理后获得处理后试件； (3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得挤毁缸半成品； (4)对挤毁缸半成品进行整体调质处理，首先经淬火后，再回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织； (5)将步骤(4)得到的材料进行加工，得到抗外压至失效试验用挤毁缸。
所述挤毁缸各组分的质量百分比组成如下C 0. 20 O. 40%；Si ·.( O. 35%；Mn :0. 50 O. 90%；P :彡 O. 020%；S ·.( O. 015%；Cr I.20 2. 50% ；Mo 0. 18 O. 50% ；Ni :1. 20 3. 30% ；V :0. 05 O. 15% ；Fe :96. 670 ·91. 865%，Si、P和S的含量中零除外。
2.根据权利要求I所述的抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将炉料首先经过电炉1650 1750°C，冶炼2h 2.5h及真空精炼炉1650°C ·1750°C冶炼3 4h后，通过电渣炉1650 1750°C重熔冶炼，时间2h 3h，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成所需尺寸的方锭，水压机始锻温度控制在1140 1160°C，时间·29h 31h，终锻温度850°C 900°C，然后通过锤锻方式获得所需尺寸的柱状锻件； (2)获得的柱状锻件经850 890°C，4 5小时退火处理后获得处理后试件； (3)对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工，获得Φ900mmX500mm的挤毁缸半成品； (4)对挤毁缸半成品进行整体调质处理，首先经850 890°C淬火，O.5 I. 5小时，然后620 680°C，4 5小时回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织。
3.根据权利要求I或2所述的抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，其特征在于，所述步骤(I)中方锭的尺寸为1800mmX1800mmX 1800mm，柱状锻件的尺寸为Φ900ι πιΧ4πι。
4.根据权利要求I或2所述的抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中的淬火选用水淬。
5.根据权利要求I或2所述的抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，其特征在于，所述挤毁缸各组分的质量百分比组成如下c :0. 28 O. 40% ；Si O. 30% ；Mn :0. 60 ·O.80% ；P O. 010% ；S O. 015% ；Cr :1. 25 2· 50% ；Μο 0. 20 O. 50% ；Ni :2. O ·3. 0% ；V 0. 10 0· 15% ；Fe :92. 325 95. 57%。
全文摘要
本发明公开了一种抗外压至失效试验用挤毁缸的制造方法，包括以下步骤将炉料经过电炉及真空精炼炉冶炼后，通过电渣炉重熔冶炼，获得电渣锭；电渣锭经过水压机锻造成方锭，然后通过锤锻方式获得柱状锻件；获得的柱状锻件经煅烧、退火处理后获得处理后试件；对处理后试件进行钻孔、车外圆粗加工后进行整体调质处理，经淬火后，再回火调质处理，获得均匀的回火索氏体组织；最后将得到的半成品进行精加工，得到抗外压至失效试验用挤毁缸。通过本发明的制造方法能够获得高冶金质量、高性能的挤毁缸，挤毁缸淬透性高，硬度分布均匀。通过本发明制造的超高钢级油、套管高外压至失效试验用挤毁缸，能够满足超高钢级油、套管全尺寸抗外压至失效试验要求。
文档编号B23P15/00GK102950425SQ20111025130
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者王蕊, 李东风, 张森, 韩新利, 冯耀荣, 杨鹏, 韩军, 娄琦, 张广路, 张丹 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所