石油钻杆接头作为钻杆的一部分，通过摩擦焊连接在钻杆杆体两端，分为外螺纹接头和内螺纹接头.在钻井过程中接头处需要经常拆卸，故接头大钳空间处要承受相当大的大钳咬合力，而且在钻井过程中钻杆接头本身要承受扭曲、拉伸、压缩等复合力的作用，所以在设计时对其力学性能要求较高.根据SY/T5290-2000的标准要求，其表面硬度为285~341HB，力学性能为最小屈服强度827.4MPa，最小抗拉强度965.3MPa，最小延伸率13%，最小冲击功54.0J.
1.现状分析
目前，石油钻杆接头不管是国内还是国外都存在着巨大的市场，而且对其机械性能及抗硫化氢性能等都有了更高的要求.根据现采用的材料SCM435H(国内相应牌号37CrMnMo4)与天津丰东BBH-1000真空渗碳加热炉对其进行热处理，通常情况下，采用880℃油冷+600-630℃回火的调质工艺，不但可以提高材料的强度和硬度，而且还能使材料的韧性得到提高。经调质处理后的钻杆接头具有较好的综合机械性能，能够达到SY/T5290-2000标准中对钻杆接头的要求.但在实际生产过程中，由于不同型号的钻杆接头具有不同的尺寸，因此，调质工艺也应当做相应调整，为确保不同型号的钻杆接头的各项性能指标能够符合SY/T5290-2000标准[1]，同时也为了能够更好的适应市场变化与更高发展，完善和改进石油钻杆接头的热处理工艺势在必行。
2.37CrMnMo4钢热处理工艺过程
2.1材质成份
37CrMnMo4材质成份如下：
0.35%＜C＜0.38%，0.85%＜Mn＜1.0%，0.15%＜Si＜0.35%，P＜0.15%，S＜0.008%，
Ni＜0.25%，0.9%＜Cr＜1.2%，0.28%＜Mo＜0.33%，Ca＜0.006%
由上可知，其材料成份最大合金量为3.553%＜5%，含碳量为0.25%＜0.37%＜0.5%，所以其为低合金调质钢.是一种需要经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金钢，主要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件，其碳的质量分数(wc)0.25%＜0.37%＜0.5%，能够保证调质处理后具有良好的综合力学性能。主加合金元素有Cr、Ni、Mn、Si等，能提高淬透性和回火稳定性，并起固溶强化的作用，强化钢材，而其中少量的Mo等元素可形成稳定的合金碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒及防止回火脆性的作用[2]。
2.2预处理
37CrMnMo4钢合金含量较高，锻造后存在着组织不均、硬度较高、较大内应力等，同时由于锻造不当会出现晶粒粗大和带状组织，不利于切削加工和后序调质处理。为改善钢体组织结构，便于切削加工，锻造后应采用退火处理.在实际生产过程中，为了提高工作效率，可用正火取代退火。正火为加热至900℃，保温0.5～1h，然后出炉空冷。正火后硬度为210HB，可满足切削加工要求。
2.3调质处理
2.3.1工艺流程
淬火。根据该材料的成份，查表可知，37CrMnMo4钢的AC3为790℃，淬火加热温度为860～880℃（油淬），由于钻杆接头尺寸较大，取其上限。根据接头尺寸，先计算出有效厚度，然后再根据钢材种类和加热设备类型，通过计算淬火保温时间的经验公式，将5寸钻杆接头淬火保温时间暂定为160min，3.5寸钻杆接头淬火保温时间暂定为100min.
回火。回火时间一般根据工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保温1～2h。对空气炉为40～60min＋每毫米最大厚度2～3min，如材料含有较多合金元素，可适当延长保温时间。综合考虑接头尺寸、加热设备、材料成份，将回火时间定为180min，回火温度视淬火硬度而定。
2.3.2机械性能分析
依据SY/T5290-2000标准，分别将这两种调质后的接头做成标准试样，对其机械性能进行分析.
1、5寸钻杆接头机械性能试验数据如下：
1#试样屈服强度857MPa，抗拉强度970MPa，断面伸长率18.0%，冲击功80.0J
2#试样屈服强度858MPa，抗拉强度971MPa，断面伸长率18.0%，冲击功76.0J
3#试样屈服强度847MPa，抗拉强度968MPa，断面伸长率19.0%，冲击功71.0J
2、3.5寸钻杆接头机械性能试验数据如下：
1#试样屈服强度859MPa，抗拉强度963MPa，断面伸长率17.0%，冲击功82.0J
2#试样屈服强度854MPa，抗拉强度974MPa，断面伸长率18.0%，冲击功86.0J
3#试样屈服强度833MPa，抗拉强度969MPa，断面伸长率17.0%，冲击功90.0J
标准值屈服强度≥827MPa，抗拉强度≥965MPa，断面伸长率≥13.0%，冲击功≥54.0J
从1的数据可以看出，虽然钻杆接头的各项指标均在标准值以上，但是屈服强度和抗拉强度都是略高于标准值，冲击功也不是很高。这是由于淬火后马氏体组织粗大，导致回火后所形成的回火索氏体组织不够细密，使得材料的综合机械性能不是很好，由于该钻杆接头尺寸较大，为保证让它能够淬透，先不改变淬火温度，把淬火保温时间降低到100min，以防止奥氏体长大，从而阻止马氏体的粗化，能够在调质后得到较细密的组织，减少钻杆接头的脆性。
从2的数据可以看出，3.5寸钻杆接头机械性能与5寸钻杆接头差不多，但是其保温时间为100min，并不是很长。如果降低其淬火保温时间，可能会使工件加热不均，从而引起其机械性能指标波动很大。因此，应该通过降低淬火温度，来防止组织粗化，获得较好的综合机械性能。
由上述分析，可将调质工艺调整为：将5寸钻杆接头淬火温度暂定为880℃，淬火保温时间暂定为100min；将3.5寸钻杆接头淬火温度暂定为860℃，淬火保温时间暂定为100min.回火时间不变，回火温度视淬火后硬度而定。
将调整后的调质工艺对钻杆接头进行处理，依据SY/T5290-2000标准，做成标准试样，对其机械性能进行分析如下：
1、5寸钻杆接头机械性能试验数据如下：
1#试样屈服强度879MPa，抗拉强度986MPa，断面伸长率20.5%，冲击功125J
2#试样屈服强度875MPa，抗拉强度989MPa，断面伸长率21.5%，冲击功118J
3#试样屈服强度879MPa，抗拉强度988MPa，断面伸长率20.5%，冲击功120J
2、3.5寸钻杆接头机械性能试验数据如下：
1#试样屈服强度878MPa，抗拉强度998MPa，断面伸长率19.5%，冲击功124J
2#试样屈服强度871MPa，抗拉强度989MPa，断面伸长率20.5%，冲击功127J
3#试样屈服强度875MPa，抗拉强度988MPa，断面伸长率21.5%，冲击功134J
标准值屈服强度≥827MPa，抗拉强度≥965MPa，断面伸长率≥13.0%，冲击功≥54.0J
以上数据表明，5寸钻杆接头与3.5寸钻杆接头经调整后的调质工艺处理后，综合机械性能明显提高，完全符合SY/T5290-2000的标准要求.
3.结论
1)37CrMnMo4钢热处理后，具有良好的机械性能，用于钻杆接头能满足SY/T5290-2000标准要求.
2)5寸钻杆接头调质工艺：淬火温度为880℃，淬火保温时间为100min；回火时间为180min.
3)3.5寸钻杆接头调质工艺：淬火温度为860℃，淬火保温时间为100min.回火时间为180min.
参考文献：
[1]魏开龙，唐建平，苗同勇浅谈36CrNiMo4钢调质处理在钻杆接头中的应用.
[2]谭淑梅，石油钻杆接头热处理工艺.
[3]张浩，唐俊强，梁晓辉提高钻杆接头冲击功的工艺方法.
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