[發(fā)明專利]旋扣輥用鋼27Cr2Ni3SiMn2Mo及制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210329357.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN102943218A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹衍學(xué);王波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東遠(yuǎn)大模具材料有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/58
• 分類號(hào): C22C38/58;C22C33/04;B22D23/10;C21D8/00
• 代理公司: 德州市天科專利商標(biāo)事務(wù)所 37210
• 代理人: 房成星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化鉆井的進(jìn)程加快，鉆井設(shè)備的自動(dòng)化程度在不斷提升，鉆具的扭矩旋扣設(shè)備也在不斷升級(jí)換代，從原始的手動(dòng)吊鉗到液氣混合動(dòng)力大鉗發(fā)展到現(xiàn)在最先進(jìn)的鐵鉆工，在歐美的石油機(jī)械發(fā)達(dá)國(guó)家已泛應(yīng)用與陸地、海洋多種鉆井平臺(tái)和不同的野外環(huán)境的鉆井作業(yè)，在提高生產(chǎn)效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高安全性等方面起到了重要作用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于鐵鉆工設(shè)備的研究還處于起步階段，已有個(gè)別生產(chǎn)廠自主研發(fā)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，但個(gè)別零部件的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全成熟，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)昂貴，這樣就限制了鐵鉆工在我國(guó)的應(yīng)用和推廣。

鐵鉆工的組成包括鉗頭總成、支臂總成、電液控制系統(tǒng)，鉗頭總成包括旋扣器總成、主鉗總成和被鉗總成，其中旋扣器總成包括液壓馬達(dá)、旋扣架和旋扣輥。旋扣輥的作用是：在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，完成夾緊上下鉆桿接頭和上扣工作。

由于鐵鉆工旋扣輥工作性質(zhì)和環(huán)境的決定，特別是我國(guó)疆域遼闊、南北溫差極大的實(shí)際情況決定，在相當(dāng)復(fù)雜和惡劣工作條件下，鐵鉆工旋扣輥在夾緊、旋扣工作中除要承受巨大的機(jī)械擠壓應(yīng)力外，還要承受野外環(huán)境早晚溫差較大所引起的內(nèi)部應(yīng)力。

我國(guó)對(duì)于鐵鉆工設(shè)備的研究起步相對(duì)較晚，尚未形成一種專門用于鐵鉆工旋扣輥制作的材料，目前國(guó)內(nèi)一些鐵鉆工研發(fā)廠家一般采用40Cr、35CrMo等材料制作。

40Cr材料中缺少M(fèi)o、V、Ni元素，這就導(dǎo)致該材料在具有較高強(qiáng)度的條件下其韌性相對(duì)較差，同時(shí)該材料如果需要實(shí)現(xiàn)較高的強(qiáng)度，就必須采用淬、回火工藝，在淬回火的過程中就勢(shì)必用到淬火油等介質(zhì)，這樣就不可避免的對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生不利的影響；

35CrMo材料相對(duì)40Cr適當(dāng)添加了Mo的含量，以提高材料的強(qiáng)度，但是該材料也和40Cr存在一樣的問題：材料在具有較高強(qiáng)度的條件下其韌性相對(duì)較差，同時(shí)該材料如果需要實(shí)現(xiàn)較高的強(qiáng)度，也必須采用淬、回火工藝，同樣對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生不利的影響；

由于旋扣輥的工作需要，其材料的強(qiáng)度還不能太低，因?yàn)檫@樣有可能在受擠壓時(shí)可能會(huì)壓塌、變形，同時(shí)制作旋扣輥的材料在高強(qiáng)度的條件下還需具備較好的韌性。由于上述40Cr、35CrMo材料性能的原因，采用這兩種材料制作的旋扣輥在受擠壓時(shí)，受摩擦的影響，會(huì)導(dǎo)致旋扣輥表層金屬在附加拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生脆性開裂傾向，特別是這些材料強(qiáng)度太高時(shí)在低溫環(huán)境中服役更容易產(chǎn)生低溫脆性斷裂傾向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種旋扣輥用鋼27Cr2Ni3SiMn2Mo及制備工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)述材料性能的原因，旋扣輥在受擠壓時(shí)，受摩擦的影響，會(huì)導(dǎo)致旋扣輥表層金屬在附加拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生脆性開裂傾向，特別是這些材料強(qiáng)度太高時(shí)在低溫環(huán)境中服役更容易產(chǎn)生低溫脆性斷裂傾向等問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在鐵鉆工旋扣輥用鋼27Cr2Ni3SiMn2Mo原料組分中提高了Si、Mn、Cr、Mo的元素含量，以達(dá)到提高材料的強(qiáng)度的目的；同時(shí)通過增加V、Ni的元素含量、適當(dāng)降低C的元素含量，達(dá)到細(xì)化材料晶粒、提高材料韌性的目的；本發(fā)明精煉通過采用專用渣系、控制冶煉電壓、電流及結(jié)晶器出水溫度，達(dá)到提高鋼材純凈度，降低氣體含量和夾雜物質(zhì)的目的，同時(shí)本發(fā)明通過擴(kuò)氫處理、多次鐓拔鍛造、鍛坯退火等工藝，達(dá)到提高鋼材綜合性能的目的；另外，本發(fā)明的材料熱處理采用正回火工藝，突破了合金鋼材料要實(shí)現(xiàn)較高強(qiáng)度，必需采用淬回火處理工藝的原理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的。

旋扣輥用鋼27Cr2Ni3SiMn2Mo成分含量及重量百分比為：C：0.26-0.32%；Si：1.75-1.95%；Mn：1.75-1.95%；Cr：1.75-2.05%；Mo：0.52-0.62%；V：0.15-0.25%；Ni：3.10-3.50%；S：≤0.02%；P：≤0.02%；Fe：余量。

旋扣輥用鋼27Cr2Ni3SiMn2Mo的制備工藝步驟如下：

（1）中頻冶煉：

首先采用堿性爐襯材料烘干3-5個(gè)小時(shí)，溫度控制在450-500℃，然后按照上述化學(xué)成分配方配料，投入中頻感應(yīng)爐中，待所投爐料完全均勻熔化后，出爐澆鑄成電極錠，鋼水出爐溫度控制在1550-1600℃，所澆鑄成的電極錠，轉(zhuǎn)入下一步驟待用；

（2）精煉：

將上述電極錠通過電渣重熔進(jìn)行精煉，以提高鋼材純凈度，降低氣體含量和夾雜物質(zhì)，所獲取化學(xué)成分均勻、組織致密的電渣重熔鋼錠，其精煉的主要工藝參數(shù)如下：

a、四元素渣系配比：氧化鋁25-30%；氧化鈣25-30%；氟化鈣25-30%；余量為氧化硅；