本发明涉及钻杆制造的，尤其涉及一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法。
背景技术：
1、随着浅层易开采油气资源的逐渐减少，钻井深度在不断增加，超深层油气已经成为我国重要的接替能源之一，目前我国陆地超深井技术已经全面进入8000米时代。同时，海洋油气勘探也正向深水(水深超过500m)、超深水(水深超过1500m)转移。在进行陆地超深层/海洋超深水钻井时，均需要使用钻杆将套管进行下放送入(对应的钻杆又被称为送入钻杆/着陆钻杆)，当钻井深度持续增加时，管柱超长、重量超重的问题会愈加凸显，套管柱的重量有可能超过900吨，如此则常规钻井用钻杆的承载能力无法满足要求，因而对具有超强承载能力的大规格厚壁高强度钻杆提出了开发需求。
2、目前6-5/8in、壁厚19.05mm、v150钢级的厚壁钻杆已经被用于下套管作业当中，为了进一步提高送入钻杆的承载能力，对更大尺寸和壁厚的165ksi钢级厚壁钻杆的开发将是钻杆研发的重点。
3、钻杆是由中间的管体和两端焊接上去的接头组成，本发明针对的是中间的管体部分(即钻杆管体)，钻杆管体在生产时两端部要先进行镦粗加厚，从而得到了“加厚端”，钻杆管体除“加厚端”以外的部分称为“管体”，所以“管体”和“加厚端”实际上是同一个原材料(即钻杆管体)经过局部热成形后得到的不同部位，在本发明的描述当中，以“管体”和“加厚端”进行分别描述。
4、在钻杆壁厚增加的同时，钻杆管体两侧加厚端的厚度将达到40mm以上，如此则钻杆管体中管体与加厚端将存在较大的壁厚差异，在对加厚完的钻杆管体进行后续的调质热处理时，会存在如下问题：
5、(1)淬火冷却时，加厚端因壁厚较大，其冷却速率(尤其是壁厚中部)不及管体，可能导致淬后组织均匀性较差，甚至出现未完全淬透。(2)在回火热处理时，因生产高钢级钻杆需要较低的回火温度来保证强度，则对于管体适合的回火温度，对加厚端来说会有所不足，导致加厚端的回火难以做到完全、充分，组织均匀性较差。
6、此外，加厚过程不仅是对尺寸的改变，还对金相组织有显著影响：前期对crmo钢材质钻杆的研究发现，管体和加厚端的金相组织都为贝氏体组织，其中管体的原奥氏体晶粒度在7级左右，而加厚端的原奥氏体晶粒度则在5级左右，并且越靠近加厚端的外端面，金相组织越粗大，这说明加厚过程中的高温、以及锻造变形促进了奥氏体晶粒的长大，并导致空冷后的室温组织粗大。
7、综合以上，加厚产生的金相组织变化以及尺寸变化，对加厚端的调质热处理后性能会造成不利影响。通过试验发现，加厚端的冲击韧性明显低于管体，在管体和加厚端的屈服强度都达到165ksi(1138mpa)以上时，加厚端的冲击功(纵向，-20℃，全尺寸)仅有40j左右，远低于管体。尽管api 5dp标准中并未对加厚端的性能做出规定，但是过低的韧性无疑对高强度钻杆的服役安全性产生不利影响，可能在冲击负载下发生突然断裂，因此，制造商和用户都对加厚端性能做了严格的内控技术要求。此外，加厚端较差的组织状态也会影响后续摩擦焊接的焊区性能。
8、因此，如何在保证管体强度的同时，改善加厚端的组织与冲击韧性，是开发高强度厚壁钻杆管体的重难点之一。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，可有效改善加厚端的金相组织及冲击韧性，获得整体性能更为均匀的高强度厚壁钻杆管体。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
3、一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其中140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体是由下述重量百分比的成分组成：c0.20～0.28％，si 0.24～0.30％，mn0.15～0.45％，cr 1.50～2.50％，mo 0.60～2.0％，ni 0.15～0.30％，nb 0.10～0.30％，al≤0.03％，p≤0.008％，s≤0.002％，余量为fe。该140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体包括管体和加厚端；其中所述140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体的屈服强度范围为140ksi-180ksi；所述140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体中管体的壁厚范围为9mm-38mm，加厚端的壁厚范围18mm-55mm。
4、一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，按如下工艺步骤进行：
5、步骤一，进行整体的淬火：
6、将完成加厚的钻杆管体整体加热到860～920℃，保温40～120min后出炉，用10～30℃的水进行内喷外淋冷却120s，淬火后管体温度不高于60℃，加厚端的温度不高于100℃；
7、步骤二，进行整体的回火：
8、将完成整体淬火的钻杆管体整体加热到550～640℃，保温60～180min后出炉，在管体温度300℃以上时进行热矫直，然后空冷至室温；
9、步骤三，进行加厚端的局部二次回火：
10、将加厚端送入感应加热线圈进行加厚端的二次回火热处理，加热温度580～670℃(即需要比整体回火时的温度高20～50℃)，升温时间100s～200s，保温时间240s～480s，然后空冷至室温。
11、进一步的，在上述对加厚端的感应加热时，在加热区域和未加热区域会存在一个温度从高到低的温度过渡区，因加厚端的局部二次回火的感应加热为局部加热，在远离感应加热线圈覆盖的地方到感应加热线圈有效加热范围的边界(即感应加热线圈有效加热宽度界定的范围)，会存在温度从低到高的温度过渡区，该温度过渡区的温度因达不到工艺的要求，而无法实现改变性能的效果。该温度过渡区优选在靠近加厚过渡带的位置，以保证加厚端都能够按预定温度进行充分加热，但又不会对加厚过渡带与管体的性能造成影响。由此，感应加热线圈和加厚端的相对位置如图1所示，感应加热线圈外端面与加厚过渡带终点之间的距离l0，优选为l0＝(l2-l1)/2，其中l1为感应加热线圈的宽度，l2为感应加热线圈在加厚端上的有效加热宽度。
12、所述有效加热宽度l2，在本技术中是按如下方式定义的：图2为感应加热时加厚端上的温度分布曲线，由感应加热线圈中心位置向两侧逐渐降低，若感应加热线圈中心对应的加厚端温度为tc，则有效加热宽度l2为tc-30℃所限定的宽度。上述以tc-30℃来界定有效加热宽度的边界，是因为对于该成分的钻杆管体，当回火温度低于tc-30℃时，将不会对性能产生明显影响。
13、所述的感应加热，可以使用感应加热线圈(比如较宽的感应加热线圈)一次性覆盖加厚端的全长(图1，加厚端的全长是指加厚端的加厚端长度leu)，也可以使用较窄的感应加热线圈(无法一次性覆盖加厚端全长)分多个位置对加厚端进行逐段加热(图3)。
14、当如图3所示使用感应加热线圈(比如较窄的感应加热线圈)进行逐段加热时，感应加热线圈每一次相对加厚端的移动距离不大于感应加热线圈的有效加热宽度l2，以此保证加厚端全长均能进行有效的加热。
15、所述感应加热，考虑到加厚端的壁厚较厚，感应加热电源的频率优选低频频率(50～500hz)，以获得较大的感应电流透入深度；同时采用了较长的升温时间(100s～200s)，是为了让加厚端的外壁和中部感应电流发热能够充分地向加厚端的内壁传导。通过以上措施，可以减小升温过程内外壁的温差，并缩短内外壁到达目标温度的时间差。
16、鉴于上述技术特征，本发明具有如下有益效果：
17、1.通过合金元素的合理搭配及整体+局部的热处理工艺，可获得钻杆管体整体的冲击韧性更高、更均匀的高强度钻杆管体；
18、2.在不影响管体性能的前提下，改善了加厚端的金相组织并大幅度提高加厚端的冲击韧性，也为后续的摩擦焊接做好充分的组织准备；
19、3.对加厚端的局部感应回火热处理，加热速度快时间短，有利于细化组织，使之回火更充分，同时，生产效率高，不影响钻杆的生产工艺流程，并且利用现有的感应加热设备(加厚生产线或焊接生产线的感应加热设备)即可进行，方便迅速的推广与实施。
1.一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：该140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体是由下述重量百分比的成分组成：c0.20～0.28％，si 0.24～0.30％，mn 0.15～0.45％，cr 1.50～2.50％，mo 0.60～2.0％，ni 0.15～0.30％，nb 0.10～0.30％，al≤0.03％，p≤0.008％，s≤0.002％，余量为fe；
2.根据权利要求1所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于，具体热处理制备方法的工艺和步骤如下：
3.根据权利要求2所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆热处理制备方法，其特征在于：管体和加厚端之间的连接处为加厚过渡带，感应加热线圈外端面与加厚过渡带终点之间的距离l0，l0＝(l2-l1)/2，其中l1为感应加热线圈的宽度，l2为感应加热线圈在加厚端上的有效加热宽度。
4.根据权利要求3所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：所述有效加热宽度，为管体温降≤30℃(相对于感应加热线圈中心处对应的加厚端温度)所限定的宽度。
5.根据权利要求2所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：所述感应加热的感应加热线圈一次性覆盖加厚端的全长；或者所述感应加热的感应加热线圈无法一次性覆盖加厚端的全长时，感应加热线圈分多个位置对加厚端进行逐段加热。
6.根据权利要求5所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：当使用感应加热线圈逐段加热时，感应加热线圈每次相对加厚端的移动距离不大于感应加热线圈的有效加热宽度。
7.根据权利要求2所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：所述感应加热电源的频率为50～500hz；同时所述感应加热采用的升温时间为100s～200s，以使加厚端的外壁和中部感应电流发热能够充分地向加厚端的内壁传导。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述一种140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体热处理制备方法，其特征在于：所述140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体的屈服强度范围为140ksi-180ksi；所述140ksi-180ksi高强度厚壁钻杆管体中管体的壁厚范围为9mm-38mm，加厚端的壁厚范围18mm-55mm。
