石油鉆桿熱處理中的質量管理研究

劉聰

（渤海裝備鉆井裝備公司科技質量中心，河北 滄州 062658）

石油鉆桿應用于鉆井行業，鉆桿是鉆井的主要工具，連接在方鉆桿的下端，鉆鋌或加重鉆桿的上方，起到傳遞動力、輸送鉆井液的作用。鉆桿在鉆井時承受著拉伸、壓縮、扭轉、彎曲以及沖擊載荷等各種交變應力的作用，其內孔還受到高壓鉆井液的沖刷和腐蝕，在有H2S、CO2的油氣田里，還要求能抗H2S、CO2腐蝕。API Spec 5DP-2009鉆桿規范對鉆桿的要求非常嚴格，分別從拉伸強度、斷后延伸率、硬度和沖擊韌性等幾個方面進行了詳細的規定，而且波動范圍比較窄，這些都對鉆桿材料的熱處理工藝提出了很高要求。

熱處理工藝過程中質量管理工作的重點和活動場所都在車間，因此熱處理質量的好壞在很大程度上取決于車間技術能力及管理水平，本文就石油鉆桿熱處理中的質量管理工作進行討論，石油鉆桿熱處理建立在了金屬熱處理相關標準規范、熱處理手冊、鉆桿產品標準、熱處理爐標準等標準規范基礎上。建議廠家采用全國熱處理標準化技術委員會正在會標的“熱處理質量控制體系”標準進行相關質量控制體系建設。

熱處理工藝過程中質量管理的主要任務是按照有關技術標準對影響質量的各個生產環節嚴加控制，保證熱處理質量達到技術要求。因此要嚴格執行工藝規范，加強工藝紀律檢查，抓好生產環節批次連接，不斷提高生產質量。

1 待熱處理的加厚管體檢查

在管體進行熱處理前，應進行待處理管體的檢查，該檢查主要有2個方面：

一是管體狀態、加厚端尺寸、數量、材質、外觀質量等產品質量檢查。該條款主要是生產指令確認、生產工藝確認、生產管體確認、管體狀態確認等方面，保證待熱處理管體準確無誤。石油鉆桿的管體均是兩端帶加厚的無縫鋼管，材質、狀態外觀無法辨識，加厚成型作業也不具備逐支編號的條件，熱處理前的檢查能夠防止不合格品、不同材質等混料，造成熱處理質量事故。

二是生產標識轉移，主要是便于產品質量追溯。該條款主要是在API 5DP鉆桿規范中可追溯性要求，熱處理前的管體加厚成型工序對加厚端有標識，熱處理前記錄下來，熱處理后外觀檢測時逐支管體編號，建立對應關系，形成可追溯性。

2 確定工序質量管理點，進行重點監控

工序管理的目的是對工藝過程中影響質量的因素進行控制，使工序始終處于穩定狀態。開展工序控制的方法很多，建立工序質量管理點是常用的方法之一。

生產中針對工件的質量問題，把關鍵工序或存在問題的工序作為質量管理點，將它們的某些質量特性管起來，就可以達到質量管理的目的。在公司車間是按照工藝要素設置的工序質量管理點，主要工藝要素有：熱處理爐加熱溫度、加熱時間、淬火液溫度、淬火前管體溫度等。

作為工序質量管理點的關鍵質量特性、工藝要素、檢測手段、檢測位置、測量方法等，均在熱處理作業指導書中進行了明確規定。

為做好工藝管理，工序質量管理點還應做好以下工作：

（1）熱處理操作人員必須經過培訓，培訓包括工藝培訓、質量培訓、安全培訓、設備管理培訓，并經過考核合格才能上崗。

（2）操作人員應明確知道操作工序的質量要求和影響質量的關鍵因素。

（3）操作人員應熟知設備操作規程、工藝規程、作業指導書，生產過程中嚴格執行操作規程和工藝規程。

（4）熟練掌握工序所用數據記錄表、檢測設備，按照要求進行工藝巡檢工作，做好相關記錄，這也是API 5DP中要求的質量追溯性要求。

（5）生產過程中發現質量有異常波動，應及時分析原因，采用有效措施，穩定管體熱處理質量，仍不能解決，應及時報告給車間生產調度。

（6）鉆桿管體批量生產時，對于新材料、跨度比較大的規格等必須進行工藝確認，首批生產時也應有技術人員、質量檢驗員和操作員一起進行現場各工序點確認，以此來保證鉆桿管體熱處理后機械性能符合要求。

工序質量管理點，主要是以點帶面，通過工序重點監測、質量管理來保證機械性能符合要求。產品完成后，按照API 5DP中的規定對管體進行檢測，外觀檢測、尺寸測量在線完成，抽檢機械性能，相關記錄按照追溯性要求進行保存。

3 車間設備管理

車間設備是保證熱處理質量穩定的關鍵，隨著機械自動化程度的不斷提高，熱處理質量受設備影響更大，加強設備管理能夠使鉆桿管體質量更加穩定。

鉆桿熱處理設備主要有熱處理爐（淬火爐、回火爐）2臺，臺架式淬火機1臺、六輥管材矯直機1臺。

熱處理爐爐型：蓄熱式步進梁箱式結構，處理鋼管規格為φ63mm～φ177.8mm，最大長度12.5m，采用爐內水冷卻懸臂輥端進，翻轉式爐門側出。

（1）熱處理爐。行業內熱處理爐多采用燃氣式熱處理爐，應該按照“GB/T 9452熱處理爐有效加熱區測定方法”進行加熱區測量，也可以參考“JB/T 10175熱處理質量控制要求”，正在會標的“燃氣熱處理爐爐溫均勻性測試方法”和“熱處理溫度測量”也可以參考，進行熱處理爐的分級管理和使用。

（2）淬火機。行業內多采用臺架式淬火機（圖1），它是把鋼管放在淬火臺架上壓緊，在鋼管旋轉的同時，對鋼管進行內表面軸流冷卻、外表面層流冷卻的水淬技術。

圖1 臺架式淬火機

該淬火技術，優勢在于淬火后管體外形尺寸合格率高、組織性能比較均勻。

（3）設備的檢查與維修。設備在使用過程中，發生磨損、腐蝕、氧化等現象，使用一段時間后，設備的精度、可靠性及性能都將下降，嚴重時影響熱處理質量。車間必須建立設備的維護保養管理規定，制定熱處理設備維修計劃表，以便及時發現問題，更換零部件或者進行修理。

淬火機使用環境潮濕，其上的徑向輪、壓輥、電機等屬于易損件，使用過程中磨損也快，應該及時調整、更換，避免其影響淬火后的管體直線度。

4 車間作業環境管理

熱處理生產的作業環境包括廠房、環境溫度、噪聲等，這些環境條件直接或間接影響熱處理質量，還關系到熱處理生產安全和環境保護，熱處理作業環境應符合“GB 15735金屬熱處理生產過程安全衛生要求”

（1）環境溫度。熱處理的加熱和冷卻對環境有要求，同時生產環境的溫度也影響熱處理工藝的正確實施。如果環境溫度過高，對淬火液降溫不利。連續生產時淬火液升溫，使熱處理質量穩定性變差，嚴重時出現管體拉伸性能不合格。車間溫度可以采用JB/T 10175熱處理質量控制要求中不低于10℃的要求。

（2）通風。作業場所應具備良好的通風條件。熱處理設備均布置在車間內，管體回火后的降溫過程也在車間內完成，熱處理爐熱量損失，淬火前管體降溫等都會使車間溫度升高，因此良好的通風條件是必要的。

5 熱處理節能管理

鉆桿管體熱處理天然氣、電能等消耗比較大，可以按照“GB/Z 18718熱處理節能技術導則”進行節能措施實施。

（1）合理安排生產，將鉆桿管體加厚成型后進行存料，集中過線，提高設備利用率。

（2）生產過程中，對熱處理工藝進行試驗，對加熱溫度、保溫時間等進行調整，提高生產效率。

（3）對熱處理生產能耗進行監控，可以參照“GB/T 24562燃料熱處理爐節能監測”進行能耗指標監測，燃料消耗采用GB/T 19944、電耗采用GB/T 17358等標準進行計量。

6 結語

熱處理在鉆桿生產中屬于特殊工序，特殊工序生產中無法直接測量，只能生產后對管體進行破壞性試驗得出數據，因此對生產過程中質量控制要求比較高。

（1）熱處理生產應建立工序質量管理點，通過重點監控，確保工藝參數符合要求。

（2）熱處理爐設備的管理應進行分級管理，制定維修、檢定計劃表，及時處置。