BD油管吊卡热处理工艺改进.doc

BD油管吊卡主体热处理工艺改进 泰兴石油机械有限公司 钱俊峰 摘要：BD油管主体吊卡按原有工艺生产出现淬火裂纹，低温冲击性能不理想，经过工艺改进，采用亚温淬火工艺，避免了淬火开裂，机械性能达到技术要求。 关键词：裂纹 亚温淬火 热处理工艺 低温冲击 一、前言 BD油管吊卡是油田石油钻采提升工具，主要用于油管的提升和油管的安装。工作时瞬时承受大的冲击和拉伸载荷。BD油管吊卡主体采用35CrMoA材料，经锻造→退火→粗加工→调质→探伤→精加工→装配→出厂试验等加工工序而成。其执行SY/T5035—2004《吊环、吊卡、吊钳》标准，具体技术要求Rm≥930Mpa，Rp0.2≥835 Mpa，A≥12％，Z≥45％，Akv≥42J(-20℃)三次试验平均值，其中Akv任意一次试验值不得低于32J。生产中发现BD油管吊卡主体按原工艺生产，有部分油卡主体出现裂纹，低温冲击功达不到技术要求。现对BD油管吊卡主体热处理工艺参数进行优化，取同一批次60mm×60mm×200mm试样4根进行随炉试验。化学成分（见表1）。 表1 35CrMoA化学成分（质量分数 %） 35CrMoA C Si Mn Cr Mo P S GB/T3077 -1999 0.32～0.4 0.17～0.37 0.40～0.70 0.80～1.10 0.15～0.25 ≤0.025 ≤0.025 BD吊卡 0.36 0.24 0.58 0.88 0.17 0.009 0.011 二、热处理工艺改进 同一批号产品取15只试样两根1＃、2＃，按35CrMoA钢常规调质工艺（原工艺）生产：860℃×90min加热淬火，淬火介质氯化钙水溶液（比重1.40）；560℃×120min高温回火，回火后水冷以消除第二类回火脆性。调质工艺曲线见图1，热处理后力学性能见表2，金相组织见图2 图 1 表2 BD油管吊卡主体力学性能 试样号 Rm （Mpa） Rp0.2 （Mpa） A （%） Z （%） Akv(-20℃)/J 1 962 852 13 45 39.5 2 958 846 14 47 41 图2 （×500） 由表2可知，BD油管吊卡主体的低温冲击韧性低于标准要求。磁粉探伤发现2只出现裂纹。由图2分析试样金相组织为回火索氏体，显微组织合格。 为此，我们对BD油管吊卡主体工艺进行了改进，改进后的热处理工艺790℃×90min+560℃×120min（调质工艺曲线见图3）。同样取同一批号的产品15只试样两根3＃、4＃，按改进后的工艺生产，热处理后力学性能见表3，力学性能合格，特别是低温冲击性能得到较大的提高。金相组织见图4，显微组织为回火索氏体+游离铁素体+极少量细小残余奥氏体。同时进行磁粉探伤，结果没有发现裂纹。 图 3 表3 BD油管吊卡主体力学性能 试样号 Rm （Mpa） Rp0.2 （Mpa） A （%） Z （%） Akv(-20℃)/J 3 954 847 17 58 65 4 958 851 16 56 66 图4 （×500） 三、分析及讨论 BD油管吊卡的综合性能要求较高，尤其是低温冲击韧性按常规工艺无法满足要求，同时BD油管吊卡主体形状复杂，有φ6的深孔和深槽等热处理危险部位，热处理过程中很容易在危险部位出现裂纹。为此，在改进的工艺中采用了降温淬火取得了好的效果。原因有以下几点： ①采用790℃淬火温度的工艺为亚温淬火工艺（35CrMoA的临界温度：Ac1 755℃、Ac3 800℃）。采用亚温淬火工艺零件的硬度与采用普通淬火工艺的零件的硬度基本相同。主要原因：一方面亚温淬火的加热是两相区内进行的，淬火后基体中出现少量游离铁素体，从而使硬度有所下降，另一方面由于铁素体的出现又使马氏体中含碳量增加，而马氏体的硬度随含碳量的增加有所上升。因此，经亚温淬火的零件其总体硬度略有下降，但不明显。 ②采用亚温淬火的零件的冲击韧度比采用普通淬火零件的冲击韧度有较大提高，完全消除了淬火开裂现象，从而大大提高了产品的合格率，主要原因如下： 1）亚温淬火加热温度低，减小了淬火热应力，同时游离在马氏体中间的铁素体减少了高硬度、高脆性马氏体相互撞击引起的微裂纹，从而避免了淬火开裂现象的发生。 2）亚温淬火加热获得了细小的奥氏体，提高了钢的韧性，减少了回火脆性。 3）金相分析表明采用亚温淬火的淬火组织中保持游离铁素体和细小的残余奥氏体，从而使裂纹扩展变得困难。 四结论 BD油管吊卡主体采用790℃淬火，其机械性能得到优化，特别是冲击韧性能得到大的提高。同时避免了淬火开裂现象，取得了较好的经济效益。但必须严格控制淬火加热温度和保温时间。 参考文献 1.热处理手册（第一册、第四册） 机械工业出版社 2009 2.王笑天 热处理原理 机