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[摘要]在石油鉆桿制造中，焊接區域的熱處理工藝至關重要，決定了產品制造是否合格。本文結合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進行分析，以便掌握熱處理工藝對焊區的影響。

[關鍵詞]鉆桿焊接；熱處理；淬火；高溫回火

石油鉆桿制造是在一根鉆桿管體的兩端采用摩擦焊接技術，分別焊接內螺紋接頭和外螺紋接頭，并通過機械加工、熱處理、無損檢測和防腐等工藝完成鉆桿制造過程。摩擦對焊鉆桿主要以5英寸G105鉆桿為主。生產工藝流程成熟，其中焊接區域的熱處理工藝至關重要，決定了產品制造是否合格。現結合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進行分析，以便掌握熱處理工藝對焊區的影響。

1鉆桿焊區熱處理工藝簡述

在完成G級鉆桿對焊后，通過中頻爐加熱方式對焊區進行熱處理。焊區熱處理是鉆桿生產制造過程中的關鍵工藝，目的是使產品達到符合要求的機械性能，良好地應用于鉆井生產。因此，熱處理工藝水平的高低直接決定了鉆桿對焊結果的優劣，決定了鉆桿的質量性能。

1.1鉆桿產品對焊制造過程經過慣性

摩擦焊機對焊，管體和接頭熔為一體，并在焊縫區域產生兩條焊接飛邊。

1.2熱處理工藝

鉆桿焊區熱處理工藝依次為退火（之后切削掉焊接飛邊）、淬火、高溫回火。①退火：將焊區加熱到680℃，保溫190s左右，然后在空氣中冷卻至室溫。目的是降低硬度，改善切削性能，同時消除部分金屬內應力。②淬火：飛邊切削完成后，將焊區加熱到890℃（臨界溫度以上的某一溫度），保溫90s后，在淬火介質中急速噴淋冷卻。目的是顯著提高硬度，但此時塑性和韌性都較差。③高溫回火：將焊區加熱到680℃（臨界溫度以下的某一溫度，高于500℃已屬于高溫回火），保溫360s后，隨爐冷至室溫。目的是消除內應力，降低脆性，提高韌性，達到使用性能（既有一定的強度、硬度，又有一定的塑性、韌性）。

1.3后序檢驗

經過熱處理工序后，對焊縫區域進行打磨，加工至適當的粗糙度。經過目視檢驗和幾何尺寸測量后，檢定硬度，最終經過磁粉和超聲探傷后，完成產品。按照相應要求，定期定量選取試樣送檢，通過試驗，對拉伸、彎曲、沖擊功、硬度、化學成分、金相分析等六項指標進行檢驗，以此檢定產品質量，同時也是對熱處理工藝的檢定。

2鉆桿焊區熱處理工藝分析

鉆桿焊區熱處理工藝基于合理準確的設計，依靠穩定的中頻爐設備和管體接頭材料，形成一套完整細致的熱處理流程。在已知管體和接頭材料以及熱處理流程的設計參數下，結合鐵碳合金相圖，簡要分析焊縫區域在熱處理過程中隨溫度而變化的情況。管體材料為26CrMo4Si2，通常C元素含量（%）為0.23～0.29，Cr元素含量（%）為0.75～1.2，S和P的含量低于0.03，在圖3中，柱狀陰影部分為C元素含量（%）為0.23～0.29鋼件在淬火和回火過程中的溫度變化區域。點M為淬火過程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以上的大致區域點（890℃），點N為高溫回火過程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以下的大致區域點（680℃）。現對淬火和高溫回火過程中，金相組織情況進行分析。

2.1淬火過程分析。在淬火過程中，當加熱溫度達到890℃時，M點已經落入A區（即奧氏體區域），奧氏體是一種高溫組織，穩定存在于圖示區域內，此時表現出的主要特點是硬度低，塑性較高，經過保溫過程，使鋼件完全奧氏體化后，在淬火介質中迅速冷卻，目的是在溫度降至F（鐵素體）+P（珠光體）獲得馬氏體組織以及貝氏體組織（在260～400℃溫度區域）。獲得馬氏體組織后，馬氏體是一種不太穩定相，是產生淬火應力，導致變形開裂的主要原因，表現出硬度高，塑性、韌性差的特點，所以，淬火后的鋼件不能直接使用，需通過回火才能使用。

2.2高溫回火過程分析。在高溫回火過程中，再次加熱溫度達到680℃（低于727℃這一臨界溫度），在F（鐵素體）區域，淬火后獲得的馬氏體經過較長時間保溫和緩慢冷卻過程后，演變成一種回火組織，即回火索氏體，是一種平衡穩定組織，是熱處理過程后，想要獲得的組織。此時鋼件表現出良好的韌性和塑性，同時具有較高的強度，力學性能良好。在試樣的金相分析中，還會反映正常存在鐵素體組織和存在少量貝氏體組織以及良好的晶粒度情況。在分析熱處理工藝后，通過不斷優選和調試參數，可以達到提高生產效率、擴大產品系列和強化產品合格率的目的。

參考文獻

[1]錢繼鋒主編.熱加工工藝基礎[M].北京：北京大學出版社，2006.

[2]崔忠圻，覃耀春主編.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業出版社，2010.

作者：徐剛 單位：大慶鉆探工程公司鉆技一公司