[發明專利]一種金屬膨脹套筒的熱處理方法

在審

• 申請號: 201610703369.8
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN107760840A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 袁大勇;吳晉霞;馬善坤;薛占峰;黃勇;尹磊
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院;德州大陸架石油工程技術有限公司
• 主分類號: C21D9/00
• 分類號: C21D9/00;C21D1/18
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙)11550
• 代理人: 郭韞

技術領域

本發明屬于熱處理領域，具體涉及一種金屬膨脹套筒的熱處理方法。

背景技術

大通徑橋塞是油氣田開發過程中一種先進的儲層改造工藝技術，可實現大規模壓裂完井，具有通徑大，反排好，單井施工率高的優點。

膨脹套筒是大通徑橋塞的主要密封件，其采用的是金屬骨架-橡膠組合密封，由于采用金屬骨架膨脹坐封機理，膨脹套筒需要材料具有較高的強度與延展性能才能實現膠筒坐封，為此金屬支撐骨架選用的材料為強度高、延展性能良好的馬氏體不銹鋼2Cr13。

為了保證膨脹套筒具有良好的延展性能，2Cr13經常在退火后使用。退火后的2Cr13具有較高的延展性，可以實現膨脹套筒的膨脹座封功能，但其切削時加工硬化嚴重，產品加工過程中切削抗力較大，車削屑不易彎曲和折斷，容易造成粘刀和損傷刀具；在鉆除2Cr13的井下工具時，其鉆除較為困難，鉆除時間較長。

為了提高車削及鉆除性能，目前2Cr13也常在調質后使用，但其存在兩個問題，一是延展性與退火態相比有所降低；二是對2Cr13回火后常進行空冷處理，這樣容易產生回火脆性的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種金屬膨脹套筒的熱處理方法，能夠保證膨脹套筒具有較好延展性能而實現座封的同時，提高其切削與可鉆除性能，實現井下工具良好的可鉆性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種金屬膨脹套筒的熱處理方法，對金屬膨脹套筒進行淬火和高溫回火，在高溫回火后對金屬膨脹套筒進行油冷。

所述方法包括：

(1)將金屬膨脹套筒在設定的保溫溫度下進行保溫1.5個小時；

(2)將金屬膨脹套筒出爐后在淬火油中進行冷卻至室溫；

(3)將金屬膨脹套筒在設定的回火溫度下進行回火處理2.5個小時；

(4)將金屬膨脹套筒出爐進行油冷。

所述步驟(1)中的設定的保溫溫度為：980-1020℃。

所述步驟(3)中的設定的回火溫度為690-750℃。

所述步驟(4)中是使用快速淬火油對金屬膨脹套筒進行油冷。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：通過本發明方法可以保證膨脹套筒具有較好延展性能的同時，其鉆除時間與退火態相比，由40分鐘縮短為16分鐘，大幅提高了鉆除效率，而且在工件的車削加工過程中，切削屑易于彎曲和折斷，提高了生產效率和工件的表面光潔度，并降低了刀具的磨損程度。

附圖說明

圖1是2Cr13退火后的金相組織。

圖2是經過1000℃淬火，710℃回火的金相組織。

圖3是本發明方法的步驟框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：

本發明是一種熱處理方法，通過淬火與高溫回火的工藝，對膨脹套筒的金屬基體2Cr13進行熱處理，使其具有良好延展性能與可鉆除性能。

如圖3所示，本發明采用淬火與高溫回火工藝：將工件在1000℃進行保溫1.5小時，出爐在快速淬火油中進行冷卻至室溫，再在690-750℃進行回火處理2.5小時，出爐使用快速淬火油進行油冷。圖2為1000℃淬火，710℃回火的金相組織。該組織為索氏體組織，并保持了馬氏體針葉位分布。經過1000℃淬火和710℃回火的車削屑。與退火后車削屑對比明顯，該切削屑容易卷曲和折斷，車削面光滑，邊緣平整，證明了該種工藝下車削性能良好。實驗表明：回火溫度分別為690℃、710℃、730℃、750℃工藝下的鉆除時間分別為16分鐘、13.3分鐘、15分鐘、15.9分鐘。

現有技術采用退火工藝：將工件加熱至880℃保溫2小時后，隨爐冷卻至600℃以下，出爐空冷。圖1為2Cr13退火后的金相組織。退火后組織主要為鐵素體，在晶界上球粒狀珠光體呈斷續網狀傾向。經過退火后的車削屑。車削屑不易卷曲和折斷，車削面粗糙，邊緣帶有毛刺，證明了退火后車削性能不好，容易粘刀。退火后的膨脹套筒的鉆除時間為40分鐘。

本發明利用淬火與高溫回火工藝對膨脹套筒的金屬基體進行熱處理后，保證了具有較高延展性能的同時，其切削加工能力及可鉆除性能有了較大提高，且回火后采用快速冷卻，避免了回火脆性的產生。

上述技術方案只是本發明的一種實施方式，對于本領域內的技術人員而言，在本發明公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本發明上述具體實施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優選的，而并不具有限制性的意義。