一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法及钛合金与流程

1.本发明涉及一种钻杆接头加工方法，尤其是涉及一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法及钛合金，属于石油天然气开发技术领域。


背景技术：

2.石油钻探正向着更深、更复杂井况发展，深井、超深井、大位移水平井以及高腐蚀等恶劣工况越来越多，为了高效率低成本的完成钻探，对钻杆性能提出了更高要求，普通钢制钻杆已经远远无法满足钻探需要。我国是钛资源大国，钛储量居世界之首，钛合金因其具有强度高、密度小、韧性好和抗蚀性强等优点，可以用于生产加工钛合金钻杆。
3.目前，市场上主要有两种钛合金钻杆，一种是接头采用普通钢制接头的钛合金钻杆，钢制接头在增加了钻杆整体重量的同时，与本体钛合金管材间易形成电偶腐蚀，降低整体钻杆疲劳寿命；钢制钻杆接头抗腐蚀性能远比钛合金接头差，造成整体钻杆抗腐蚀性能差，降低整体钻杆抗腐蚀和疲劳寿命等一系列问题，导致该钛合金钻杆还不能彻底解决在超深井钻井中降低钻机负荷、提高钻杆耐腐蚀性能的需求。另一种是全钛合金钻杆，钻杆接头和管体均为钛合金材料，产品解决了钢制接头钛合金钻杆存在的问题，但是目前的钛合金接头采用钛合金无缝管材进行加工，材料热加工性能差，切削余量大材料浪费，生产效率低，接头的圆周性能不均、横向冲击功性能差。


技术实现要素：

4.为了克服现有钛合金钻杆接头采用钛合金无缝管材进行加工，存在的材料热加工性能差，切削余量大材料浪费，生产效率低，接头的圆周性能不均、横向冲击功性能差的不足，本发明提供一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法及钛合金。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，准备钛合金原材料，其步骤如下：
6.步骤1，对原材料进行2～4次熔炼，确保胚料均匀；
7.步骤2，将熔炼的胚料加热到1100～1300℃，进行2～7次重复鐓锻，成为鐓锻工艺设计尺寸后的棒料；
8.步骤3，将棒料按工艺设计长度尺寸切割，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；
9.步骤4，精锻3～7次至工艺设计尺寸；探伤合格后得到钻杆接头毛坯；
10.步骤5，对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理，其中：固溶处理温度800～1100℃，时间30～120分钟；时效处理温度300～600℃，时间60～250分钟；
11.步骤6，加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至设计尺寸；
12.步骤7，加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理。
13.所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1150～1250℃，鐓锻次数3～6次。
14.所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1180～1220℃，鐓锻次数4～5次。
15.所述步骤5中固溶处理温度900～1050℃，时间40～110分钟；时效处理温度400～
520℃，时间100～230分钟。
16.所述步骤5中固溶处理温度950～1020℃，时间50～80分钟；时效处理温度430～500℃，时间150～190分钟。
17.所述钻杆接头的钛合金，含有重量比为，4.5％～5.9％的al，2.5％～3.5％的mo，2.4％～3.8％的cr，0.3％～1％的zr，其余为ti。
18.进一步，所述钛合金含有重量比为，4.8％的al，3.0％的mo，2.9％的cr，0.9％的zr，其余为ti。
19.进一步，所述钛合金含有重量比为，5％的al，3.2％的mo，2.7％的cr，0.6％的zr，其余为ti。
20.本发明的有益效果是，钻杆接头加工过程中切削余量减少，节省原材料，有效降低成本；产品圆周性能均匀，冲击力提高，在腐蚀环境下抗弯曲疲劳寿命提高，螺纹抗粘扣性能提升。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
22.本发明钻杆接头的钛合金，含有重量比为：4.5％～5.9％的al，2.5％～3.5％的mo，2.4％～3.8％的cr，0.3％～1％的zr，其余为ti。
23.一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，其步骤如下：
24.按照上述钻杆接头的钛合金材料配比准备原材料，
25.步骤1，对原材料进行2～4次熔炼，确保胚料均匀；
26.步骤2，将熔炼的胚料加热到1100～1300℃，进行2～7次重复鐓锻，成为鐓锻工艺设计尺寸后的棒料；
27.步骤3，将棒料按工艺设计长度尺寸切割，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；
28.步骤4，精锻3～7次至工艺设计尺寸；探伤合格后得到钻杆接头毛坯；
29.步骤5，对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理，其中：固溶处理温度800～1100℃，时间30～120分钟；时效处理温度300～600℃，时间60～250分钟；
30.步骤6，加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至工艺设计尺寸；
31.步骤7，加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理。
32.进一步，所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1150～1250℃，鐓锻次数3～6次。
33.进一步，所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1180～1220℃，鐓锻次数4～5次。
34.进一步，所述步骤5中固溶处理温度900～1050℃，时间40～110分钟；时效处理温度400～520℃，时间100～230分钟。
35.进一步，所述步骤5中固溶处理温度950～1020℃，时间50～80分钟；时效处理温度430～500℃，时间150～190分钟。
36.实施例1
37.本实施例以nc50规格钛合金钻杆接头为例。
38.鐓锻式钻杆接头的钛合金，含有重量比为：4.8％的al，3.0％的mo，2.9％的cr，
0.9％的zr，其余为ti。
39.鐓锻式钛合金钻杆接头的生产工艺步骤如下：
40.按照上述材料配比准备原材料，
41.步骤1，对原材料进行4次熔炼，确保胚料均匀；
42.步骤2，将胚料加热到1200℃，进行6次重复鐓锻，鐓锻成外径150mm的棒料；
43.步骤3，按工艺设计将棒料切割为400mm长度，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；
44.步骤4，精锻3次至工艺设计尺寸，nc50公接头的长度415mm，大钳区外径173mm，内径71mm，公螺纹区长度115mm；
45.探伤合格后得到钻杆接头毛坯；
46.步骤5，对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理，其中：
47.固溶处理温度1050℃，时间60分钟；
48.时效处理温度450℃，时间240分钟；
49.步骤6，加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至api标准尺寸；
50.步骤7，加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理，完成钻杆接头的加工制作。
51.实施例2
52.本实施例以nc38规格钛合金钻杆接头为例。
53.鐓锻式钻杆接头的钛合金，含有重量比为：5％的al，3.2％的mo，2.7％的cr，0.6％的zr，其余为ti。
54.鐓锻式钛合金钻杆接头的生产工艺步骤如下：
55.按照上述的材料配比准备原材料，
56.步骤1，对原材料进行3次熔炼，确保胚料均匀；
57.步骤2，将胚料加热到1250℃，进行5次重复鐓锻，鐓锻成外径150mm的棒料；
58.步骤3，按工艺设计将棒料切割为350mm长度，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；
59.步骤4，精锻4次至工艺设计尺寸，nc38母接头长度353mm，大钳区外径130mm，内径65mm，母螺纹区长度118mm；
60.探伤合格后得到钻杆接头毛坯；
61.步骤5，对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理，其中：
62.固溶处理温度1000℃，时间90分钟；
63.时效处理温度550℃，时间200分钟；
64.步骤6，加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至api标准尺寸；
65.步骤7，加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理，完成钻杆接头的加工制作。
66.对上述实施例加工的钛合金钻杆接头进行测试，测试结果如下表所示。
[0067][0068]
采用本发明的钛合金材料制作的鐓锻式钛合金钻杆接头，其屈服强度为724～1069mpa，延伸率≥13％，相比常规技术，至少具有以下有益效果：
[0069]
(1)产品切削余量减少，节省原材料达到30％以上；
[0070]
(2)圆周性能均匀，产品冲击功提高，以钛合金钻杆接头圆周每90
°
取样，进行4组横纵向冲击功测试，横向冲击功(-10℃)≥47，纵向冲击功(-10℃)≥50，横纵冲击功相差保持在
±
15％；
[0071]
(3)产品在腐蚀环境下抗弯曲疲劳寿命提高，在50％基准应力弯曲疲劳测试(室温3.5％nacl盐水、有机盐钻井液中)旋转弯曲疲劳寿命大于107次。
[0072]
(4)产品螺纹抗粘扣性能提升，产品经过10上10下不粘扣，符合或超过api标准要求。
[0073]
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

技术特征：
1.一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，准备钛合金原材料，其步骤如下：步骤1，对原材料进行2～4次熔炼，确保胚料均匀；步骤2，将熔炼的胚料加热到1100～1300℃，进行2～7次重复鐓锻，成为鐓锻工艺设计尺寸后的棒料；步骤3，将棒料按工艺设计长度尺寸切割，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；步骤4，精锻3～7次至工艺设计尺寸；探伤合格后得到钻杆接头毛坯；步骤5，对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理，其中：固溶处理温度800～1100℃，时间30～120分钟；时效处理温度300～600℃，时间60～250分钟；步骤6，加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至设计尺寸；步骤7，加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理。2.根据权利要求1所述镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，其特征是：所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1150～1250℃，鐓锻次数3～6次。3.根据权利要求2所述镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，其特征是：所述步骤2中，熔炼胚料加热温度1180～1220℃，鐓锻次数4～5次。4.根据权利要求1所述镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，其特征是：所述步骤5中固溶处理温度900～1050℃，时间40～110分钟；时效处理温度400～520℃，时间100～230分钟。5.根据权利要求4所述镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法，其特征是：所述步骤5中固溶处理温度950～1020℃，时间50～80分钟；时效处理温度430～500℃，时间150～190分钟。6.一种权利要求1所述钻杆接头的钛合金，其特征是：所述钛合金含有重量比为，4.5％～5.9％的al，2.5％～3.5％的mo，2.4％～3.8％的cr，0.3％～1％的zr，其余为ti。7.根据权利要求6所述钻杆接头的钛合金，其特征是：所述钛合金含有重量比为，4.8％的al，3.0％的mo，2.9％的cr，0.9％的zr，其余为ti。8.根据权利要求6所述钻杆接头的钛合金，其特征是：所述钛合金含有重量比为，5％的al，3.2％的mo，2.7％的cr，0.6％的zr，其余为ti。

技术总结
一种镦锻式钛合金钻杆接头的加工方法及钛合金。本发明鐓锻加工方法步骤如下：对原材料进行2～4次熔炼；将熔炼的胚料加热到1100～1300℃，进行2～7次重复鐓锻，成为鐓锻工艺设计尺寸后的棒料；将棒料按工艺设计长度尺寸切割，再进行粗锻镦粗，一次冲孔、二次冲孔；精锻3～7次至工艺设计尺寸；探伤合格后得到钻杆接头毛坯；对钻杆接头毛坯进行固溶和时效处理；加工钻杆接头毛坯的内孔、外圆至设计尺寸；加工钻杆接头螺纹，并喷砂处理。其有益效果是，钻杆接头加工过程中切削余量减少，节省原材料，有效降低成本；产品圆周性能均匀，冲击力提高，在腐蚀环境下抗弯曲疲劳寿命提高，螺纹抗粘扣性能提升。性能提升。


技术研发人员：纪海涛 左斌 孔令楠 李德伟 胡海波
受保护的技术使用者：中国石油集团渤海石油装备制造有限公司
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2023/8/1