張守一 詹云京
(太原重工股份有限公司,山西 太原 030024)
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,一定程度上彌補國內(nèi)生產(chǎn)的空白。
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。⑷按照J(rèn)B/T5000.8-1998中Ⅴ組進(jìn)行檢驗。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UT、MT檢驗。
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,白點裂紋敏感性強,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,尋求合理的熱處理工藝滿足機(jī)械性能。
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(jié)果(任抽兩組):
實測結(jié)果完全滿足了提環(huán)的技術(shù)要求,十分成功。
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,白點裂紋敏感性強,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,尋求合理的熱處理工藝滿足機(jī)械性能。
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。
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。
提環(huán)的單件經(jīng)濟(jì)價值約為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(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)和社會效益。