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 研究項目簡介

提環(huán)提升的主要工作設備是頂驅部分(鉆頭)和鉆井連接桿，頂驅部分重量約13000kg，連接頂驅的連接桿長度達到7000-12000米。在實際的生產工作中，頂驅部分高速旋轉工作，通過萬米左右的連接桿在旋轉中將淤泥、污水等各種雜物提升到地面，此時提環(huán)受力情況非常復雜。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)的外形結構復雜，尺寸精度要求高，鍛造成型難度大，關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復雜變形易產生缺陷的控制以及針對高要求機械性能進行的復雜熱處理工藝控制。Rel≥896Mpa，Rm≥1000Mpa，A≥15%，Z≥45%，AKu(-40℃)≥31J，其材質選用了合金鋼34CrNi3Mo，熱處理工藝相對復雜。此次研制生產的目標就是研究出一套完整、成熟的生產工藝流程，一定程度上彌補國內生產的空白。

二 主要研究攻關的內容

1.主要研究攻關方案(采用的技術路線)

此次研究采用鋼錠作為生產的原材料，采用的技術路線為：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標準，對非金屬摻雜物進行金相檢驗。⑷按照JB/T5000.8-1998中Ⅴ組進行檢驗。⑸調質處理后，機械性能要求：Rel≥896Mpa;Rm≥1000Mpa;A≥15%;Z≥45%;AKu(-40℃)≥31J。⑹按照JB/T5000.15-1998中Ⅲ級UT、MT檢驗。

2.研究攻關內容(包括理論計算、分析、相關試驗、驗證)

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)鍛件外形結構復雜，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，且材質選用34CrNi3Mo，白點裂紋敏感性強，折彎后極易產生各種缺陷。采用局部加熱的方法(利用表淬設備進行局部加熱)，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。

藍圖中技術要求機械性能需滿足：Rm≥1000Mpa，Rel≥896Mpa，屈強比：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。為了滿足較高的機械性能，先對34CrNi3Mo材料進行等直徑熱處理試驗，尋求合理的熱處理工藝滿足機械性能。

3.研究結果及分析

采用特殊的工具工裝，生產出了6件提環(huán)，并采用等直徑熱處理試驗得到性能檢測為(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。

實測結果(任抽兩組)：

實測結果完全滿足了提環(huán)的技術要求，十分成功。

三 項目關鍵技術及創(chuàng)新點

1.新的研究方法、新工藝(新工裝)、技術改進等，應用效果

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)鍛件外形結構復雜，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，且材質選用34CrNi3Mo，白點裂紋敏感性強，折彎后極易產生各種缺陷。采用局部加熱的方法(利用表淬設備進行局部加熱)，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。

技術要求機械性能需滿足：Rm≥1000Mpa，Rel≥896Mpa，屈強比：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。為了滿足較高的機械性能，先對34CrNi3Mo材料進行等直徑熱處理試驗，尋求合理的熱處理工藝滿足機械性能。

四 國內外技術水平對比

1.國內外該技術發(fā)展概況

提環(huán)生產主要集中在在歐洲、北美等發(fā)達國家和地區(qū)，技術工藝比較成熟。由于鍛件的生產工藝控制復雜、成型難度大、機械性能要求高，所以國內的生產一直處于真空狀態(tài)，此次公司研究生產處于一個研究開發(fā)生產階段，具有很大的研究空間。此次生產工藝流程的研究成功，對開拓提環(huán)生產的國內國際市場意義重大。

2.該技術優(yōu)勢、差距與不足，需要改進和完善內容

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

五 經濟效益及推廣應用前景

提環(huán)的單件經濟價值約為5萬元，所使用的原材料34CrNi3Mo鍛件約2萬元，加上機加工費用、鍛造費用、熱處理費用和其他費用，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、機加工等工藝成熟穩(wěn)定，便具備了進行大批量生產的條件。本產品主要應用在油田設備的提升裝置上，在國內的市場上前景廣闊，在國際市場上也具有一定的發(fā)展空間。對企業(yè)開拓國內國際市場，具有一定的經濟和社會效益。