34CrNi3Mo提環(huán)制坯工藝研究

張守一 詹云京

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

一 研究項(xiàng)目簡介

提環(huán)提升的主要工作設(shè)備是頂驅(qū)部分(鉆頭)和鉆井連接桿，頂驅(qū)部分重量約13000kg，連接頂驅(qū)的連接桿長度達(dá)到7000-12000米。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，頂驅(qū)部分高速旋轉(zhuǎn)工作，通過萬米左右的連接桿在旋轉(zhuǎn)中將淤泥、污水等各種雜物提升到地面，此時(shí)提環(huán)受力情況非常復(fù)雜。在惡劣的工作環(huán)境里(例如高寒低溫等)受到拉力、扭力等的綜合作用，這就對提環(huán)的綜合性能提出了很高的要求。

提環(huán)的外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度要求高，鍛造成型難度大，關(guān)鍵是外形尺寸精度要求高的高難度鍛造成型(不僅僅局限于自由鍛造)、34CrNi3Mo復(fù)雜變形易產(chǎn)生缺陷的控制以及針對高要求機(jī)械性能進(jìn)行的復(fù)雜熱處理工藝控制。Rel≥896Mpa，Rm≥1000Mpa，A≥15%，Z≥45%，AKu(-40℃)≥31J，其材質(zhì)選用了合金鋼34CrNi3Mo，熱處理工藝相對復(fù)雜。此次研制生產(chǎn)的目標(biāo)就是研究出一套完整、成熟的生產(chǎn)工藝流程，一定程度上彌補(bǔ)國內(nèi)生產(chǎn)的空白。

二 主要研究攻關(guān)的內(nèi)容

1.主要研究攻關(guān)方案(采用的技術(shù)路線)

此次研究采用鋼錠作為生產(chǎn)的原材料，采用的技術(shù)路線為：⑴鍛造使用鋼錠冶煉方式：電爐、真空脫氣。⑵鋼錠必須充分鍛透成型，綜合鍛造比≥5。⑶按GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)，對非金屬摻雜物進(jìn)行金相檢驗(yàn)。⑷按照J(rèn)B/T5000.8-1998中Ⅴ組進(jìn)行檢驗(yàn)。⑸調(diào)質(zhì)處理后，機(jī)械性能要求：Rel≥896Mpa;Rm≥1000Mpa;A≥15%;Z≥45%;AKu(-40℃)≥31J。⑹按照J(rèn)B/T5000.15-1998中Ⅲ級(jí)UT、MT檢驗(yàn)。

2.研究攻關(guān)內(nèi)容(包括理論計(jì)算、分析、相關(guān)試驗(yàn)、驗(yàn)證)

尺寸角度要求精度較高，提環(huán)兩端方頭處的折彎角度為7±0.5°，通過自由鍛造、保證精度難度大。為保證折彎角度為7 ±0.5°，制造工裝7°鍛造模具一套。

提環(huán)鍛件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍛造成型困難，不具備自由鍛造成型條件。之后采用特制的工具工裝彎曲成形，中間部位彎曲半徑大約為1.5D(D為中間部位外徑尺寸)，彎度過大，且材質(zhì)選用34CrNi3Mo，白點(diǎn)裂紋敏感性強(qiáng)，折彎后極易產(chǎn)生各種缺陷。采用局部加熱的方法(利用表淬設(shè)備進(jìn)行局部加熱)，將提環(huán)中間部位處長度約1000mm處加熱到950-1000℃，采用特制的工具工裝，彎曲成形。

藍(lán)圖中技術(shù)要求機(jī)械性能需滿足：Rm≥1000Mpa，Rel≥896Mpa，屈強(qiáng)比：0.896，對熱處理提出很高的要求。

在熱處理過程中，為提高冷卻速度又減少提環(huán)變形，對彎曲成形的提環(huán)用卡具裝卡緊固，并注意合理擺放，減少變形。為了滿足較高的機(jī)械性能，先對34CrNi3Mo材料進(jìn)行等直徑熱處理試驗(yàn)，尋求合理的熱處理工藝滿足機(jī)械性能。

3.研究結(jié)果及分析

采用特殊的工具工裝，生產(chǎn)出了6件提環(huán)，并采用等直徑熱處理試驗(yàn)得到性能檢測為(任抽一組)：

一般要求：Rel≥785Mpa，Rm≥900Mpa，A≥14%，Z≥40% ，AKu≥54J。

提環(huán)要求：Rel≥896Mpa，Rm≥1000Mpa，A≥15%，Z≥45%，AKu(-40℃)≥31J。

實(shí)測結(jié)果(任抽兩組)：

實(shí)測結(jié)果完全滿足了提環(huán)的技術(shù)要求，十分成功。

三 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

1.新的研究方法、新工藝(新工裝)、技術(shù)改進(jìn)等，應(yīng)用效果

尺寸角度要求精度較高，提環(huán)兩端方頭處的折彎角度為7±0.5°，通過自由鍛造、保證精度難度大。為保證折彎角度為7 ±0.5°，制造工裝 7°鍛造模具一套。

提環(huán)鍛件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍛造成型困難，不具備自由鍛造成型條件。

中間部位彎曲半徑大約為1.5D(D為中間部位外徑尺寸)，彎度過大，且材質(zhì)選用34CrNi3Mo，白點(diǎn)裂紋敏感性強(qiáng)，折彎后極易產(chǎn)生各種缺陷。采用局部加熱的方法(利用表淬設(shè)備進(jìn)行局部加熱)，將提環(huán)中間部位處長度約1000mm處加熱到950-1000℃，采用特制的工具工裝，彎曲成形。

技術(shù)要求機(jī)械性能需滿足：Rm≥1000Mpa，Rel≥896Mpa，屈強(qiáng)比：0.896，對熱處理提出很高的要求。

在熱處理過程中，為提高冷卻速度又減少提環(huán)變形，對彎曲成形的提環(huán)用卡具裝卡緊固，并注意合理擺放，減少變形。為了滿足較高的機(jī)械性能，先對34CrNi3Mo材料進(jìn)行等直徑熱處理試驗(yàn)，尋求合理的熱處理工藝滿足機(jī)械性能。

四 國內(nèi)外技術(shù)水平對比

1.國內(nèi)外該技術(shù)發(fā)展概況

提環(huán)生產(chǎn)主要集中在在歐洲、北美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，技術(shù)工藝比較成熟。由于鍛件的生產(chǎn)工藝控制復(fù)雜、成型難度大、機(jī)械性能要求高，所以國內(nèi)的生產(chǎn)一直處于真空狀態(tài)，此次公司研究生產(chǎn)處于一個(gè)研究開發(fā)生產(chǎn)階段，具有很大的研究空間。此次生產(chǎn)工藝流程的研究成功，對開拓提環(huán)生產(chǎn)的國內(nèi)國際市場意義重大。

2.該技術(shù)優(yōu)勢、差距與不足，需要改進(jìn)和完善內(nèi)容

該工藝的研制尚處于研發(fā)階段，目前生產(chǎn)工藝欠穩(wěn)定，生產(chǎn)效率不高，工具工裝投資較大，生產(chǎn)成本較高。

五 經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用前景

提環(huán)的單件經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為5萬元，所使用的原材料34CrNi3Mo鍛件約2萬元，加上機(jī)加工費(fèi)用、鍛造費(fèi)用、熱處理費(fèi)用和其他費(fèi)用，單件成本約3-4萬元，具有較大的利潤空間。如果鍛造、熱處理、機(jī)加工等工藝成熟穩(wěn)定，便具備了進(jìn)行大批量生產(chǎn)的條件。本產(chǎn)品主要應(yīng)用在油田設(shè)備的提升裝置上，在國內(nèi)的市場上前景廣闊，在國際市場上也具有一定的發(fā)展空間。對企業(yè)開拓國內(nèi)國際市場，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。