本發明涉及一種微壓痕液壓鉗的卡瓦及包含該卡瓦的液壓鉗，適用于石油工程的技術領域。

背景技術：

液壓動力鉗為開口型動力鉗，是油田修井作業時用于上、卸抽油桿、油管、套管、隔熱管、鉆桿及類似管柱螺紋的機械化設備。現有的動力鉗主要由主鉗和背鉗組成，背鉗夾緊管柱接箍，主鉗夾緊管柱旋轉完成接管和卸管的工作。現有動力鉗的鉗口內側的牙座上配裝的牙塊都有較硬的硬度和鋒利的牙尖，使得在接箍時能夠將牙塊切入管柱從而卡緊防止油管墜井。每次操作以后，都會在管柱的外表面咬出一定深度的壓痕。多次使用以后，管柱的表面會出現損傷。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氫的腐蝕，使得損傷的管柱表面被加速腐蝕，從而使其加速失效，大大增加了油氣田作業的成本、工作量和作業風險。更有甚者，近年來隨著非金屬管柱在油田上使用的增多，使得無壓痕動力鉗的需求越來越緊迫。

中國專利申請CN102061897A公開了一種微損傷擰扣機主鉗鉗頭夾緊機構，由鉗頭大齒輪、下顎板架、上顎板架、顎板、牙塊、滾輪、滾輪軸、復位彈簧、固定軸、固定軸套和制動盤等組成，鉗頭大齒輪內設有三個或三個以上的顎板，顎板上裝有滾輪軸、滾輪、牙塊和復位彈簧。該機構采用簡單、可靠的內曲面滾子爬坡多顎板夾緊機構，牙塊是由耐磨材料制成，并加大與管柱的接觸面積，起到夾緊管柱且不損傷管柱的作用，其經濟效益可觀。中國專利申請CN102061898A公開了一種微損傷擰扣機背鉗鉗頭夾緊機構，其中公開了類似的牙塊。

技術實現要素：

本發明提供了一種微壓痕液壓鉗的卡瓦，通過本發明的制備方法制成的卡瓦片能夠滿足夾緊要求的同時，僅對管柱造成微小的損傷，因此很大地提高了油氣田作業的經濟性、可靠性和安全性。

根據本發明的微壓痕液壓鉗的卡瓦，由合金鋼制成，合金鋼由以下重量份的組分組成：C 0.17-0.19％、Si 2.1-2.5％、Cr 1.4-1.7％、Mn 2.2-2.8％、W 1.3-1.5％、Ti 0.06-0.08％、Mo 0.08-0.1％、Sb 0.03-0.06％、S 0.022-0.025％、P 0.012-0.014％、其余為鐵和不可避免的雜質；

其處理工藝如下：

(1)將沖壓好的工件表面進行清洗、拋光和脫脂處理；

(2)將預處理好的工件加熱到940-945℃進行正火處理3小時，然后通入空氣在12分鐘內冷卻至615-620℃，并使之保持該溫度1.5小時后空冷；

(3)在230℃下對滲碳爐進行干燥處理2小時；

(4)在滲碳爐的底部放入滲碳劑，將工件放入滲碳爐中，工件的上部也放入滲碳劑，將滲碳爐中溫度升至660-662℃保溫5小時，進行初滲；

(5)繼續升溫至810-815℃，保持2小時，同時持續滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp；

(6)繼續升溫至925-930℃，保持60小時，同時持續滴入異丙醇；在此期間，前48小時為強滲階段，異丙醇的滴入量為20-22毫升/分鐘，碳勢為1.2％Cp；后12小時為擴散階段，異丙醇的滴入量為8-10毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp；

(7)隨爐降溫至840℃，通入冷風，溫度迅速降至590-592℃，保溫3小時，然后再次升溫至810-815℃，保溫2小時，同時持續滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為1.0％Cp；

(8)將工件取出放入油中淬火，待溫度降至130-135℃時，低溫回火至190-200℃，空冷；

(9)工件表面進行發黑處理，制得的卡瓦的硬度為56-62HRC。

優選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質量比為1：0.3-0.34：0.12-0.15：0.1-0.13：0.2-0.23：0.06-0.08混合均勻制成。更優選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質量比為1：0.33：0.15：0.12：0.21：0.06混合均勻制成。

優選地，合金鋼由以下重量份的組分制成：C 0.17％、Si 2.2％、Cr 1.6％、Mn 2.5％、W 1.5％、Ti 0.08％、Mo 0.1％、Sb 0.06％、S 0.024％、P 0.013％、其余為鐵和不可避免的雜質。

本發明的另一方面涉及一種微壓痕液壓鉗，包括背鉗和主鉗，其中部均設有卡瓦座，卡瓦座上間隔地周向固定有卡瓦，卡瓦為如上所述的卡瓦。

優選地，卡瓦呈弧面片狀，內側設有摩擦突起部；卡瓦的內側設置成粗糙內表面；卡瓦的個數為至少兩個。

采用本發明的制備方法制得的卡瓦用于液壓鉗中，使得作業時對管柱的表面造成的損傷極其微小，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業安全性。

附圖說明

圖1是根據本發明的微壓痕液壓鉗的立體示意圖。

圖2是根據本發明的微壓痕液壓鉗的俯視圖。

圖3是本發明的卡瓦的一種實施方式的結構示意圖。

圖4是本發明的卡瓦的一種實施方式的俯視圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

如圖1和2所示，本發明的微壓痕液壓鉗包括背鉗1和主鉗2，背鉗1和主鉗2的中部均設有卡瓦座，卡瓦3間隔地周向固定在卡瓦座上。作業時，背鉗1抱緊管柱接箍，主鉗2抱緊待接管柱并旋轉，從而將上下管柱旋接。卡瓦的尺寸可以根據管柱的實際尺寸進行選擇，其圍繞卡瓦座設置的個數為至少兩個，例如可以是2個、3個或4個。需要說明的是，本發明的“上”和“下”僅表示相對的方位，不應理解為是一種限定。根據實際需要，還可以理解成左右、前后的相對方位。

如圖3和4所示，其中顯示了一種實施方式的微壓痕卡瓦的結構示意圖。如圖所示，卡瓦呈弧面片狀，其內側設有摩擦突起部，以增大與管柱之間的抱緊摩擦力。本領域技術人員理解，根據需要，也可以不在卡瓦的內側設置摩擦突起部，而是將卡瓦的內側設置成其他形式的粗糙內表面以增大摩擦。

本發明的微壓痕卡瓦采用合金鋼制成，該合金鋼由以下重量份的組分組成：C 0.17-0.19％、Si 2.1-2.5％、Cr 1.4-1.7％、Mn 2.2-2.8％、W 1.3-1.5％、Ti 0.06-0.08％、Mo 0.08-0.1％、Sb 0.03-0.06％、S 0.022-0.025％、P 0.012-0.014％、其余為鐵和不可避免的雜質。優選地，本發明的合金鋼由以下重量份的組分制成：C 0.17％、Si 2.2％、Cr 1.6％、Mn 2.5％、W 1.5％、Ti 0.08％、Mo 0.1％、Sb 0.06％、S 0.024％、P 0.013％、其余為鐵和不可避免的雜質。

本發明的用于制造卡瓦的合金鋼的處理工藝如下：

(1)將沖壓好的工件表面進行清洗、拋光和脫脂處理。

(2)將預處理好的工件加熱到940-945℃進行正火處理3小時，然后通入空氣在12分鐘內冷卻至615-620℃，并使之保持該溫度1.5小時后空冷。

(3)在230℃下對滲碳爐進行干燥處理2小時。

(4)在滲碳爐的底部放入滲碳劑，將工件放入滲碳爐中，工件的上部也放入滲碳劑，將滲碳爐中溫度升至660-662℃保溫5小時，進行初滲。滲碳設備必須有良好的爐溫均勻性、密封性和氣氛均勻性，否則同爐工件會由于爐溫或氣氛的不均勻而導致畸變量的不均勻。

優選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質量比為1：0.3-0.34：0.12-0.15：0.1-0.13：0.2-0.23：0.06-0.08混合均勻制成。更優選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質量比為1：0.33：0.15：0.12：0.21：0.06混合均勻制成。上述滲碳劑是針對本發明卡瓦的合金鋼成分專門配置，采用本發明的滲碳劑，能夠極大地提高滲碳效率。

(5)繼續升溫至810-815℃，保持2小時，同時持續滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp。通入的異丙醇在高溫下分解，產生活性碳原子，并被加熱狀態的工件表面吸收，而后向合金鋼內部擴散。通常，加熱溫度愈高，滲碳速度就愈快，且擴散層的厚度也愈深。

碳勢與水勢、電勢一樣，勢差決定了物質流動的趨勢。碳勢差決定了碳擴散的方向。當自由擴散時，碳總是從碳勢高的地方向碳勢低的地方擴散。熱處理中的碳勢是指爐內含碳氣氛在一定溫度下與鋼鐵工件表面的奧氏體之間達到動態平衡時，鋼的表面達到的含碳量。一般采用低碳鋼薄片測量。將厚度小于0.1mm的低碳鋼箔片置于某一溫度的滲碳介質中，進行穿透滲碳，測定箔片的含碳量，即為該滲碳介質在該溫度下的碳勢。

(6)繼續升溫至925-930℃，保持60小時，同時持續滴入異丙醇。在此期間，前48小時為強滲階段，異丙醇的滴入量為20-22毫升/分鐘，碳勢為1.2％Cp；后12小時為擴散階段，異丙醇的滴入量為8-10毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp。

(7)隨爐降溫至840℃，通入冷風，溫度迅速降至590-592℃，保溫3小時，然后再次升溫至810-815℃，保溫2小時，同時持續滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為1.0％Cp。

(8)將工件取出放入油中淬火，待溫度降至130-135℃時，低溫回火至190-200℃，空冷。淬火過程中釋放了零部件在整個加工工藝過程的一系列操作中積累起來的崎變潛能；淬火后的低溫回火，還可使部分殘留奧氏體轉變為馬氏體，而使馬氏體充分轉變為回火馬氏體，從而保證組織及尺寸穩定性。

(9)工件表面進行發黑處理，發黑處理的原理是使金屬表面產生一層氧化膜，以隔絕空氣，達到防銹目的。

采用上述工藝處理后，卡瓦的硬度可達56-62HRC，而且耐磨性能得到了極大地提高。本發明的合金鋼具有質量可靠、強度和耐磨性能好等優點，非常適合于卡瓦的工作環境。

同時，采用了上述制備工藝制得的卡瓦，使得本發明的液壓鉗在抱緊油井管柱時，能夠僅對其表面產生微小的壓痕，極大地提高了管柱的利用效率和安全性能。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。