石油鉆桿熱處理質(zhì)量管理研究

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摘要：熱處理工序在石油鉆桿生產(chǎn)中屬于特殊工序，只能通過后期的破壞性試驗(yàn)驗(yàn)證是否合格，對(duì)質(zhì)量管理要求嚴(yán)格。本文分析了整個(gè)鉆桿熱處理中的質(zhì)量管理要點(diǎn)，建議采用工序質(zhì)量管理點(diǎn)、設(shè)備重點(diǎn)管理等方法，生產(chǎn)中進(jìn)行工藝確認(rèn)，切實(shí)保障石油鉆桿熱處理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：熱處理；質(zhì)量管理；鉆桿

石油鉆桿應(yīng)用于鉆井行業(yè)，鉆桿是鉆井的主要工具，連接在方鉆桿的下端，鉆鋌或加重鉆桿的上方，起到傳遞動(dòng)力、輸送鉆井液的作用。鉆桿在鉆井時(shí)承受著拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲以及沖擊載荷等各種交變應(yīng)力的作用，其內(nèi)孔還受到高壓鉆井液的沖刷和腐蝕，在有H2S、CO2的油氣田里，還要求能抗H2S、CO2腐蝕。APISpec5DP-2009鉆桿規(guī)范對(duì)鉆桿的要求非常嚴(yán)格，分別從拉伸強(qiáng)度、斷后延伸率、硬度和沖擊韌性等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，而且波動(dòng)范圍比較窄，這些都對(duì)鉆桿材料的熱處理工藝提出了很高要求。熱處理工藝過程中質(zhì)量管理工作的重點(diǎn)和活動(dòng)場(chǎng)所都在車間，因此熱處理質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于車間技術(shù)能力及管理水平，本文就石油鉆桿熱處理中的質(zhì)量管理工作進(jìn)行討論，石油鉆桿熱處理建立在了金屬熱處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、熱處理手冊(cè)、鉆桿產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、熱處理爐標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基礎(chǔ)上。建議廠家采用全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)正在會(huì)標(biāo)的“熱處理質(zhì)量控制體系”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量控制體系建設(shè)。熱處理工藝過程中質(zhì)量管理的主要任務(wù)是按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)影響質(zhì)量的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)加控制，保證熱處理質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。因此要嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)范，加強(qiáng)工藝紀(jì)律檢查，抓好生產(chǎn)環(huán)節(jié)批次連接，不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量。

1待熱處理的加厚管體檢查

在管體進(jìn)行熱處理前，應(yīng)進(jìn)行待處理管體的檢查，該檢查主要有2個(gè)方面：一是管體狀態(tài)、加厚端尺寸、數(shù)量、材質(zhì)、外觀質(zhì)量等產(chǎn)品質(zhì)量檢查。該條款主要是生產(chǎn)指令確認(rèn)、生產(chǎn)工藝確認(rèn)、生產(chǎn)管體確認(rèn)、管體狀態(tài)確認(rèn)等方面，保證待熱處理管體準(zhǔn)確無(wú)誤。石油鉆桿的管體均是兩端帶加厚的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)、狀態(tài)外觀無(wú)法辨識(shí)，加厚成型作業(yè)也不具備逐支編號(hào)的條件，熱處理前的檢查能夠防止不合格品、不同材質(zhì)等混料，造成熱處理質(zhì)量事故。二是生產(chǎn)標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)移，主要是便于產(chǎn)品質(zhì)量追溯。該條款主要是在API5DP鉆桿規(guī)范中可追溯性要求，熱處理前的管體加厚成型工序?qū)雍穸擞袠?biāo)識(shí)，熱處理前記錄下來(lái)，熱處理后外觀檢測(cè)時(shí)逐支管體編號(hào)，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成可追溯性。

2確定工序質(zhì)量管理點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控

工序管理的目的是對(duì)工藝過程中影響質(zhì)量的因素進(jìn)行控制，使工序始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。開展工序控制的方法很多，建立工序質(zhì)量管理點(diǎn)是常用的方法之一。生產(chǎn)中針對(duì)工件的質(zhì)量問題，把關(guān)鍵工序或存在問題的工序作為質(zhì)量管理點(diǎn)，將它們的某些質(zhì)量特性管起來(lái)，就可以達(dá)到質(zhì)量管理的目的。在公司車間是按照工藝要素設(shè)置的工序質(zhì)量管理點(diǎn)，主要工藝要素有：熱處理爐加熱溫度、加熱時(shí)間、淬火液溫度、淬火前管體溫度等。作為工序質(zhì)量管理點(diǎn)的關(guān)鍵質(zhì)量特性、工藝要素、檢測(cè)手段、檢測(cè)位置、測(cè)量方法等，均在熱處理作業(yè)指導(dǎo)書中進(jìn)行了明確規(guī)定。為做好工藝管理，工序質(zhì)量管理點(diǎn)還應(yīng)做好以下工作：（1）熱處理操作人員必須經(jīng)過培訓(xùn)，培訓(xùn)包括工藝培訓(xùn)、質(zhì)量培訓(xùn)、安全培訓(xùn)、設(shè)備管理培訓(xùn)，并經(jīng)過考核合格才能上崗。（2）操作人員應(yīng)明確知道操作工序的質(zhì)量要求和影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。（3）操作人員應(yīng)熟知設(shè)備操作規(guī)程、工藝規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和工藝規(guī)程。（4）熟練掌握工序所用數(shù)據(jù)記錄表、檢測(cè)設(shè)備，按照要求進(jìn)行工藝巡檢工作，做好相關(guān)記錄，這也是API5DP中要求的質(zhì)量追溯性要求。（5）生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量有異常波動(dòng)，應(yīng)及時(shí)分析原因，采用有效措施，穩(wěn)定管體熱處理質(zhì)量，仍不能解決，應(yīng)及時(shí)報(bào)告給車間生產(chǎn)調(diào)度。（6）鉆桿管體批量生產(chǎn)時(shí)，對(duì)于新材料、跨度比較大的規(guī)格等必須進(jìn)行工藝確認(rèn)，首批生產(chǎn)時(shí)也應(yīng)有技術(shù)人員、質(zhì)量檢驗(yàn)員和操作員一起進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)各工序點(diǎn)確認(rèn)，以此來(lái)保證鉆桿管體熱處理后機(jī)械性能符合要求。工序質(zhì)量管理點(diǎn)，主要是以點(diǎn)帶面，通過工序重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量管理來(lái)保證機(jī)械性能符合要求。產(chǎn)品完成后，按照API5DP中的規(guī)定對(duì)管體進(jìn)行檢測(cè)，外觀檢測(cè)、尺寸測(cè)量在線完成，抽檢機(jī)械性能，相關(guān)記錄按照追溯性要求進(jìn)行保存。

3車間設(shè)備管理

車間設(shè)備是保證熱處理質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵，隨著機(jī)械自動(dòng)化程度的不斷提高，熱處理質(zhì)量受設(shè)備影響更大，加強(qiáng)設(shè)備管理能夠使鉆桿管體質(zhì)量更加穩(wěn)定。鉆桿熱處理設(shè)備主要有熱處理爐（淬火爐、回火爐）2臺(tái)，臺(tái)架式淬火機(jī)1臺(tái)、六輥管材矯直機(jī)1臺(tái)。熱處理爐爐型：蓄熱式步進(jìn)梁箱式結(jié)構(gòu)，處理鋼管規(guī)格為φ63mm～φ177.8mm，最大長(zhǎng)度12.5m，采用爐內(nèi)水冷卻懸臂輥端進(jìn)，翻轉(zhuǎn)式爐門側(cè)出。（1）熱處理爐。行業(yè)內(nèi)熱處理爐多采用燃?xì)馐綗崽幚頎t，應(yīng)該按照“GB/T9452熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方法”進(jìn)行加熱區(qū)測(cè)量，也可以參考“JB/T10175熱處理質(zhì)量控制要求”，正在會(huì)標(biāo)的“燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性測(cè)試方法”和“熱處理溫度測(cè)量”也可以參考，進(jìn)行熱處理爐的分級(jí)管理和使用。（2）淬火機(jī)。行業(yè)內(nèi)多采用臺(tái)架式淬火機(jī)（圖1），它是把鋼管放在淬火臺(tái)架上壓緊，在鋼管旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，對(duì)鋼管進(jìn)行內(nèi)表面軸流冷卻、外表面層流冷卻的水淬技術(shù)。該淬火技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于淬火后管體外形尺寸合格率高、組織性能比較均勻。（3）設(shè)備的檢查與維修。設(shè)備在使用過程中，發(fā)生磨損、腐蝕、氧化等現(xiàn)象，使用一段時(shí)間后，設(shè)備的精度、可靠性及性能都將下降，嚴(yán)重時(shí)影響熱處理質(zhì)量。車間必須建立設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)管理規(guī)定，制定熱處理設(shè)備維修計(jì)劃表，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，更換零部件或者進(jìn)行修理。淬火機(jī)使用環(huán)境潮濕，其上的徑向輪、壓輥、電機(jī)等屬于易損件，使用過程中磨損也快，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整、更換，避免其影響淬火后的管體直線度。

4車間作業(yè)環(huán)境管理

熱處理生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境包括廠房、環(huán)境溫度、噪聲等，這些環(huán)境條件直接或間接影響熱處理質(zhì)量，還關(guān)系到熱處理生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)，熱處理作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合“GB15735金屬熱處理生產(chǎn)過程安全衛(wèi)生要求”（1）環(huán)境溫度。熱處理的加熱和冷卻對(duì)環(huán)境有要求，同時(shí)生產(chǎn)環(huán)境的溫度也影響熱處理工藝的正確實(shí)施。如果環(huán)境溫度過高，對(duì)淬火液降溫不利。連續(xù)生產(chǎn)時(shí)淬火液升溫，使熱處理質(zhì)量穩(wěn)定性變差，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)管體拉伸性能不合格。車間溫度可以采用JB/T10175熱處理質(zhì)量控制要求中不低于10℃的要求。（2）通風(fēng)。作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)具備良好的通風(fēng)條件。熱處理設(shè)備均布置在車間內(nèi)，管體回火后的降溫過程也在車間內(nèi)完成，熱處理爐熱量損失，淬火前管體降溫等都會(huì)使車間溫度升高，因此良好的通風(fēng)條件是必要的。

5熱處理節(jié)能管理

鉆桿管體熱處理天然氣、電能等消耗比較大，可以按照“GB/Z18718熱處理節(jié)能技術(shù)導(dǎo)則”進(jìn)行節(jié)能措施實(shí)施。（1）合理安排生產(chǎn)，將鉆桿管體加厚成型后進(jìn)行存料，集中過線，提高設(shè)備利用率。（2）生產(chǎn)過程中，對(duì)熱處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)加熱溫度、保溫時(shí)間等進(jìn)行調(diào)整，提高生產(chǎn)效率。（3）對(duì)熱處理生產(chǎn)能耗進(jìn)行監(jiān)控，可以參照“GB/T24562燃料熱處理爐節(jié)能監(jiān)測(cè)”進(jìn)行能耗指標(biāo)監(jiān)測(cè)，燃料消耗采用GB/T19944、電耗采用GB/T17358等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量。

6結(jié)語(yǔ)

熱處理在鉆桿生產(chǎn)中屬于特殊工序，特殊工序生產(chǎn)中無(wú)法直接測(cè)量，只能生產(chǎn)后對(duì)管體進(jìn)行破壞性試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，因此對(duì)生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制要求比較高。（1）熱處理生產(chǎn)應(yīng)建立工序質(zhì)量管理點(diǎn)，通過重點(diǎn)監(jiān)控，確保工藝參數(shù)符合要求。（2）熱處理爐設(shè)備的管理應(yīng)進(jìn)行分級(jí)管理，制定維修、檢定計(jì)劃表，及時(shí)處置。

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作者：劉聰 單位：渤海裝備鉆井裝備公司科技質(zhì)量中心