探讨石油钻具转换接头的热处理

【摘要】转换接头作为石油钻具设备的一个重要组成部分，要求转换接头要具备非常好的安全性以及可靠性。而石油钻具转换接头是由合金结构钢材料来构成，在对转换接头进行热处理时要求比较高，并且不同加热工艺对于操作要求、操作环节以及操作人员技术要求都不相同。因此，本文主要从转换接头热处理操作工艺入手，简单介绍了热处理工艺步骤，并对淬火加热、加热温度确定、加热所需时间以及保温时间、淬火冷却处理操作进行分析介绍，使大家能更进一步的了解石油钻具转换接头设备的热处理操作。

【关键词】转换接头 石油钻具 热处理

石油钻具中有一个非常重要的零件就是钻柱转换接头，这一部位对于可靠及完全性要求相对比较高。其质量及体积相对比较大，主要构成材料有40CrNiMoA钢、4145H钢以及40CrMnMo钢。根据毕氏准数Bi来对薄件厚度进行划分，其最值可以达到280mm。如果部件间隔长度不超过D/2时，接头加热时间应根据加厚工件来进行计算分析[1]。从转换接头结构特点以及质量需求方面考虑，钻具转换接头热处理环节也存在较多特点。本文主要介绍了热处理具体操作工艺在石油钻具转换接头加热处理中的应用。

1 石油钻具转换接头热处理操作流程

热处理处理转换接头步骤为：①放料；②粗车处理；③钻孔操作；④正火；⑤调质处理；⑥精车操作。由于转换接头质量大，尺寸也较大，要求其具有非常高的可靠性及安全性，为了确保钻具转换接头具有的高综合力学性能，在实行调质操作之前应先完成正火操作，确保成分均匀并实现晶粒细化工作，从而为提高钢材质韧性以及淬透性作下铺垫工作。除此之外，此操作步骤还能起到帮助消除一些材料中存在的带状组织以及其他问题对产品造成不良影响。

2 热处理过程中淬火加热分析

按照工件入炉温度差异可以将其分成三种不同情况。

（1）直接将冷工件投入到正火温度、炉温已达到淬火的炉内进行加热处理。这种做法具有的特征是截面温差相对比较大，但是加热速度非常快，通常比较多用于小型工件中。这种方法对于大型工件而言，属于加热较快范畴，近年来随着工件冶金质量要求的不断提高，其在大工件加热应用中应用频率也逐渐增多。

（2）将冷工件先投入炉中，使其随着炉具不断升温，并在达到相变点之前维持恒温一段时间后再继续加热，使温度达到操作所需温度值，其称为阶梯加热。这种方法比较常用在一些大型锻件加热处理工作，对于小型工件的加热比较少用。

（3）第三种方法就是在温度已经超过正火温度100～120oC或者是炉温已经超过淬火温度的炉具中进行加热。这种方式不管是对于小型工件还是大型工件都可以看作是快速加热方式，但是大件锻件比较少采用这种加热方式。按照毕氏准数Bi可以将石油转换接头看作是薄件类型，对生产效率、转换接头大小以及加热处理产生的应力变化等相关因素进行综合考虑，选用第一种淬火加热方法比较实用应用于加热转换接头。

如果转换接头是由40CrMnMo或是其他合金结构钢材料构成，油淬直径临界值一般为3 5φ5～3 5φ100mm左右[2]。由于转换接头较大，采用油淬方法不易使心部获取下贝氏体或者是马氏体组织，而采用水淬方式又比较容易出现开裂情况，因此做好淬火冷却操作以及淬火介质选择非常重要，能确保转换接头不发生开裂情况，帮助提升工件综合性能，保证截面组织均匀。

在加热过程中选择淬火介质时，应在介质冷却水平能确保锻件冷却速度不小于淬火最大速度基础上，尽可能选择冷却能力相对比较缓和的介质来作为淬火介质，防止因为锻件温差太大而造成组织应力以及热应力过大，从而导致开裂情况以及变形情况。淬火介质类型中AQ251水溶性介质相对来说获得效果比较理想，其能按照钢材质具有的化学成分以及要求获得的一些组织体类型，能通过改变其浓度来调节冷却曲线具备的特殊温度，进而帮助获得良好的冷却速度。另外，在确保锻件淬硬性良好基础上，能在很大程度上提高锻件淬硬深度情况，这种淬火介质比较适用于对大体积转换接头锻件进行淬火冷却。

在进行淬火冷却操作中，方法比较多，如果从石油转换接头形状以及转换接头大小、选择新水基淬火介质方面考虑，可以选择把奥氏体化后的锻件淬入仅有一种淬火介质的淬火冷却方法。此种方法不仅具有操作简单、经济实惠的特点，还能应用于大批量的生产。在进行淬火冷却处理过程中，冷却时间参数非常重要，应给予高度重视。通常一件相同的锻件，如果采用不同种淬火介质来完成冷却工作，其需要的冷却时间也有差异，通常情况下，冷却时间能通过试验方法来帮助确定。

6 结束语

总而言之，石油钻具转换接头体积比较大，并且其质量也比较大，对于可靠性以及安全性要求也相对比较高，因此做加热预处理环节非常关键。实际工作中在选定工件加热处理工艺时，应综合考虑石油钻具转换接头大小、形状等信息，并在不同处理环节综合使用大锻件或小型工件热处理方法，从而帮助提高热处理质量及热处理效率。

参考文献

[1] 康希纯，毕叶.石油钻具转换接头的热处理[J].金属热处理.2009（09）：91-93

[2] 左永平，林天泉，郑益，王涛，周起光.大型锻件采用水溶性淬火介质淬火的工艺控制[J].大型铸锻件. 2010（01）：20-24

作者简介

姜颖（1972-）男，汉族，江苏泰兴人，工程师，主要从事石油机械工作。