[發(fā)明專利]超高強度超高低溫沖擊壓裂泵閥箱體鋼鍛件及其制造方法

有效

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• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103409699A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 王璋
• 申請（專利權）人: 陜西華威鍛壓有限公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C21D8/00;C21D1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及石油、頁巖氣開采領域的設備用材料及其制造方法，特別是涉及一種超高強度超高低溫沖擊壓裂泵閥箱體鋼鍛件及其制造方法。

背景技術

目前，在石油、頁巖氣開采領域，壓裂技術能夠有效的提高石油、頁巖氣的開采量，壓裂泵是壓裂開采過程中的關鍵設備。根據(jù)國家經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要對改造提升制造業(yè)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改善品種質(zhì)量、提高基礎工藝、提高基礎材料研發(fā)水平、實現(xiàn)關鍵零部件技術自動化等方面的有關要求，特別是國家對石油油氣井提升產(chǎn)能、增加產(chǎn)量的要求越來越高，對壓裂泵的技術要求也越來越高。

壓裂泵的性能、質(zhì)量和可靠性直接影響壓裂實施過程的質(zhì)量和進度，因為壓裂泵的使用工況很惡劣，要求壓裂泵有更高的泵壓和更大的排量，要求其能夠承受高壓、循環(huán)載荷作用，還要求其能輸送高壓帶磨礪、腐蝕的介質(zhì)，更要求其能再惡劣的工況下可靠運行并保持更高的使用壽命。尤其對于壓裂泵閥箱體有著相對較高的要求，要求泵閥箱體不但要承受超高的壓力，而且要承受較高的交變載荷沖擊力和耐酸堿腐蝕力。此外，由于在高寒地區(qū)冬天的氣溫在零下40℃左右甚至更低，故要求泵閥箱體能夠承受低溫沖擊。所以，要符合上述要求，就要對泵閥箱體的材料的選擇、加工制造工藝進行改進，攻克技術難題。

目前普遍使用的壓裂泵閥箱體材料是沿用國產(chǎn)40CrNimoA、俄羅斯38CrNi2moV和美國4330牌號材料，經(jīng)鍛造加工而成，其使用壽命僅在250～300h，且不能滿足在高寒地區(qū)的正常使用。而且現(xiàn)有鍛造加工工藝方法生產(chǎn)出來的材料機械性能不強、耐腐蝕性差。此外，在常溫工況下使用時，耐腐蝕力較差、使用壽命短、成本高，不能滿足石油增產(chǎn)和頁巖氣壓裂開采的需求。所以研制出超高壓、超高強度、耐腐蝕、超低溫沖擊韌性、超細晶、無冶金缺陷的壓裂泵閥箱體材料已經(jīng)是亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決上述技術問題或者至少之一，提供一種超高強度、耐腐蝕性更強、超高沖擊韌性、超細晶、無冶金缺陷、成本低的超高強度超高低溫沖擊壓裂泵閥箱體鋼鍛件及其制造方法。

本發(fā)明提供一種超高強度超高低溫沖擊壓裂泵閥箱體鋼鍛件，該鍛件鋼的化學成分按重量百分比計為：C：0.25～0.3％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.6～0.9％，Cr：1.8～2.2％，Ni：4.05～4.25％，Mo：0.46～0.6％，V：0.12～0.18％，P≤0.01％，S≤0.01％，Nb≤0.12％，Re≤0.12％，Cu≤0.2％，H≤0.00016％，0≤0.0035％，N≤0.0065％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提供一種超高強度超高低溫沖擊壓裂泵閥箱體鋼鍛件的制造方法，包括如下步驟：

1)煉鋼；

2)加熱保溫；

3)鍛造；

4)鍛造后熱處理。

優(yōu)選地，其煉鋼步驟為：電弧爐冶煉-爐外精煉-真空脫氣-澆注電極坯-電渣重熔-擴散退火。

優(yōu)選地，加熱保溫步驟采用三段加熱法進行，三段加熱法具體為：在500℃±10℃的溫度下保溫7h；升溫至650℃±10℃保溫5h；升溫至850℃±10℃保溫5h；升溫至1180℃±10℃均溫3h；在1180℃±10℃的溫度下保溫8h。

優(yōu)選地，在保溫之前先將常溫下的鋼錠放入200℃以下的加熱爐，對爐內(nèi)的溫度按照50℃/h的升溫速度升至500℃±10℃；升溫至650℃±10℃這個過程的升溫速度是60℃/h；升溫至850℃±10℃這個過程的升溫速度是60℃/h；升溫至1180℃±10℃這個過程的升溫速度是80℃/h。

優(yōu)選地，鍛造步驟包括第一火次鍛造和第二火次鍛造，每次的鐓粗比控制在2～2.5，拔長鍛比控制在比2～2.5，總鍛比控制在8～12。

優(yōu)選地，鍛造后熱處理過程為：將鍛造過程輸出的鍛件以水霧空冷方式冷卻至450℃，再放入加熱爐進行正火+回火處理。

優(yōu)選地，正火+回火處理包括如下步驟：

1)將冷卻至450℃的鍛件放入加熱爐在450℃±10℃的溫度下保溫6h：

2)升溫至860℃±10℃均溫3h，保溫7h；

3)把鍛件從爐中取出后以水霧空冷方式均勻冷卻至320℃；

4)將冷卻至320℃的鍛件放入加熱爐在320℃±10℃下保溫7h；

5)升溫至660℃±10℃，均溫、保溫72h；

6)停爐，鍛件隨爐冷卻至150℃時，把鍛件從爐中取出后入坑堆冷卻至常溫狀態(tài)。