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1、10申请公布号CN103206175A43申请公布日20130717CN103206175ACN103206175A21申请号201310081811422申请日20130315E21B17/16200601C22C38/44200601C21D9/00200601C21D1/1820060171申请人山西北方风雷工业集团有限公司地址043013山西省侯马市风雷街188号10号信箱72发明人郑锡坤李桂变姚亚丽54发明名称高抗疲劳钻铤57摘要本发明涉及一种高抗疲劳钻铤，属于石油钻井领域。本发明钻铤的制备步骤，首先采用合理的配方将合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线。
2、、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体。对得到的合金结构钢棒体分别进行淬火处理，采用2832水冷却至50200；再进行回火处理，再采用2832水将工件冷却至100250，最后自然冷却至室温。加工钻铤的内外形时，在钻铤前后部分螺纹连接处加工有两个台肩。本发明的高抗疲劳钻铤有效延长了钻铤的使用寿命，减少钻井作业次数，尤其适应于超深井、大位移井等复杂井矿的应用。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页10申请公布号CN103206175ACN103206175A1/1页21一种高抗疲劳钻铤，其特征是具体制备。
3、步骤如下1合金结构钢光坯的制备首先按照下列重量百分比配置合金粉末混合物碳038042，硅013018，锰090115，钼021024，铬090115，磷00030015，硫00050020，铜010013，镍0204，氮0010015，铁9296；制造流程如下将上述合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体；2钻铤的热处理采用贯通式天然气热处理炉对第1步得到的合金结构钢棒体分别进行淬火处理；淬火处理的参数为采用7纵淬火，各纵淬火的温度范围均为880980，淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ30HZ；淬火处理后采。
4、用2832水冷却至50200；将冷却后的工件送入回火炉内进行回火处理，回火处理的参数为采用6纵回火，各纵回火的温度范围均为600700、回火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ30HZ；回火处理后采用2832水将工件冷却至100250，最后自然冷却至室温；3钻铤的内外形加工其中，钻铤前后部分的连接处螺纹加工为相互匹配的锥形结构，内、外螺纹的锥形结构两端分别加工有圆柱段，使钻铤前后部分螺纹连接后具有两个台肩，且加工有外螺纹的锥形结构的长度小于加工有内螺纹的锥形结构的长度；上扣后钻铤前后部分的外台肩首先发生接触，继续施加上扣扭矩，外台肩屈服变形，内台肩开始接触。权利要求书CN10320617。
5、5A1/4页3高抗疲劳钻铤技术领域0001本发明涉及一种高抗疲劳钻铤，属于石油钻井领域。背景技术0002钻铤是钻柱最重要的组成部分之一，具有向钻头提供钻压及提高钻柱刚性的作用，它在运转过程中除承受弯曲、扭转、内压和振动等载荷作用之外，还要承受一定的冲击作用，在钻井作业中容易产生疲劳失效。0003AISI4145H是国内外生产钻铤的最广泛用材料，虽然目前通过对热处理工艺改进，部分钻铤的冲击韧性已经可以达到80J以上，但综合机械性能不高，可靠性不强。随着油田开发向深井、超深井及定向钻井发展，由于钻井作业工作环境越来越苛刻，对抗低温、抗扭转等方面提出更高的要求，普通钻铤越来越难以满足钻井作业要求。0。
6、004因此，钻铤不仅要有一定的强度，还要有足够的韧性，从而提高疲劳性能，降低钻铤疲劳失效风险。发明内容0005本发明的目的是为了解决传统工艺制作的钻铤时，存在综合机械性能不高，可靠性不强等问题，而提供一种力学性能高于目前行业最高标准，同时疲劳强度大大超过目前石油行业使用的钻铤，通过使用这种高抗疲劳钻铤将有效的提高钻铤的强度及韧性，提高使用寿命，降低事故率，延长钻铤使用时间，提高钻井效率，0006本发明的目的是通过以下技术方案实现的0007本发明的一种高抗疲劳钻铤，其具体制备步骤如下00081、合金结构钢光坯的制备0009首先按照下列重量百分比配置合金粉末混合物0010碳038042，硅0130。
7、18，锰090115，钼021024，铬090115，磷00030015，硫00050020，铜010013，镍0204，氮0010015，铁9296。0011制造流程如下将上述合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体。00122、钻铤的热处理0013采用贯通式天然气热处理炉对第1步得到的合金结构钢棒体分别进行淬火处理；淬火处理的参数为采用7纵淬火，各纵淬火的温度范围均为880980，淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ30HZ；淬火处理后采用2832水冷却至50200；将冷却后的工件送入回火炉内进行回火处理，。
8、回火处理的参数为采用6纵回火，各纵回火的温度范围均为600700、回火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ30HZ；回火处理后采用2832水将工件冷却至100250，最后自然冷却至室温。00143、钻铤的内外形加工说明书CN103206175A2/4页40015其中，钻铤前后部分的连接处螺纹加工为相互匹配的锥形结构，内、外螺纹的锥形结构两端分别加工有圆柱段，使钻铤前后部分螺纹连接后具有两个台肩，且加工有外螺纹的锥形结构的长度小于加工有内螺纹的锥形结构的长度。上扣后钻铤前后部分的外台肩首先发生接触，继续施加上扣扭矩，外台肩屈服变形，内台肩开始接触。0016钻铤所用钢中各个组份含量的确定如下。
9、0017碳本发明中的高抗疲劳钻铤用钢金相组织主要是回火索氏体和极少量的残余奥氏体，组织中无未溶铁素体或上贝氏体存在，以免造成钢的力学性能下降，脆性增强。因此碳的含量应适宜，本发明中碳含量控制在038042之间。0018钼有提高淬透性以及增强钢的塑性，同时提高回火稳定性，有利于回火索氏体形成，但含量过高会使材料的脱碳性提高，影响强度指标提升，同时钼价格昂贵，从对材料影响的性能及经济两方面衡量，本发明中钼含量控制在021024。0019锰可促进奥氏体化，增加淬火马氏体含量，细化回火索氏体晶粒，同时锰可替代价格昂贵的钼的一部分作用。因此钢中加入锰的含量相对高些以降低钼含量。但锰含量过高易形成MNS析。
10、于晶界而产生微裂纹。故本发明中锰含量控制在090115。0020硅硅元素加入钢中主要以铬配合发挥其抗氧化性，使马氏体转化时不产生脆性组织，但硅含量过高又会使碳石墨化倾向增大，造成塑性下降，因此本发明中硅含量控制在013018。0021镍少量镍元素与本合金钢中铬配合组成奥氏体形成元素，增加淬火马氏体的形成率，同时提高回火时回火索氏体的转变率，但镍价格较高，从经济考虑，含量控制在040。0022铬具有提高淬透性作用，在本合金钢中与硅、镍组合可起到提高抗氧化性组织出现以及增加奥氏体化倾向，有利于回火索氏体的形成，因此本发明中铬含量控制在090115。0023有益效果0024按照本发明配方加工的高抗疲。
11、劳钻铤，使其力学性能优于国内外石油行业标准。并且采用双台肩的螺纹连接结构，使连接螺纹形成两道密封面。当钻铤在井下承受拉压、弯曲、扭转载荷时，内、外台肩一样起到作用，增加了螺纹的受力截面积，不仅能提高钻铤螺纹连接强度和抗扭强度，而且能大大降低密封面发生刺漏的几率。本发明的高抗疲劳钻铤有效延长了钻铤的使用寿命，减少钻井作业次数，尤其适应于超深井、大位移井等复杂井矿的应用。附图说明0025图1为本发明高抗疲劳钻铤中前后部分连接处的螺纹结构示意图；0026其中，1钻铤后部分；2钻铤前部分；3外台肩；4内台肩。具体实施方式0027下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步说明0028实施例0029实施例。
12、1说明书CN103206175A3/4页50030本发明高抗疲劳钻铤的制作方法。包括以下技术方案00311、合金结构钢材料的制备按照下列重量百分比配置合金粉末混合物碳039，硅013，锰095，钼022，铬090，磷0010，硫0020，铜013，镍045，氮0012，余量为铁，将上述合金粉末混合在偏心炉底电炉冶炼EBT钢包精炼LF真空脱气VD钢包喂线FW模铸IC锻造将钢液浇注成700KG钢锭，再用奥地利1800吨精锻机锻造成300MM圆钢，之后剪定成97M合金结构钢棒体，空冷到室温，进行500退火处理。00322、钻铤的热处理启动贯通式天然气热处理炉，淬火处理的参数为淬火炉分为7纵，各纵温度。
13、设置为1纵900、25纵940、6、7纵945；淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率9HZ，淬火处理后采用30水将工件冷却至80；淬火完成后，将工件放置到回火料架上进行回火处理，回火炉分为6纵，各纵温度设定分别为1纵620、25纵630、6纵635，旋转进给的进给速率9HZ；回火处理后采用30水将工件冷却至150，最后自然冷却至室温。00333、钻铤的内外形加工0034将热处理完成的工件进行内外形加工，其中，钻铤前后部分的连接处螺纹加工为相互匹配的锥形结构，内、外螺纹的锥形结构两端分别加工有圆柱段，使钻铤前后部分螺纹连接后具有两个台肩，且加工有外螺纹的锥形结构的长度小于加工有内螺纹的锥形结。
14、构的长度。上扣后钻铤前后部分的外台肩首先发生接触，继续施加上扣扭矩，外台肩屈服变形，内台肩开始接触。0035实施例20036实施例2其他步骤同实施1，不同之处在于00371、第一步中制作合金结构钢棒所用合金粉末混合物种化学成分百分比为碳04，硅014，锰1，钼021，铬1，磷0018，硫0009，铜016，镍040，氮0011；00382、第二步中工艺的调整情况淬火各纵温度设置为1纵910、25纵920、6纵920，7纵930，回火炉各纵温度设置为1纵600、25纵630、6纵635，其余参数不变。0039实施例30040实施例3其他步骤同实施1，不同之处在于00411、第一步中制作合金结构钢棒所用合金粉末混合物种化学成分百分比为碳039，硅016，锰095，钼022，铬10，磷0013，硫0012，铜015，镍050，氮0015，00422、第二步中工艺的调整情况淬火各纵温度设置为1纵900、25纵920、6纵、7纵935，回火炉各纵温度设置为1纵600、25纵635、6纵640，其余参数不变。0043实施例1、2、3制作的高抗疲劳钻铤的力学性能件表一0044表一高抗疲劳钻铤的各实施例的力学性能0045说明书CN103206175A4/4页6说明书CN103206175A1/1页7图1说明书附图CN103206175A。