[發明專利]一種低碳馬氏體鋼及其制備吊環的方法

有效

• 申請號: 201310526082.9
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103572176A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 黨恩;余志剛;劉宏亮;李保峰
• 申請（專利權）人: 寶雞石油機械有限責任公司
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，用于制作API?Spec8C中的高強韌性吊環產品，涉及一種低碳馬氏體鋼，本發明還涉及利用該種低碳馬氏體鋼制備吊環的方法。

背景技術

吊環是石油鉆機裝備游吊系統中的一個關鍵部件，目前吊環產品所采用的鋼為20SiMn2MoVA和20Cr2Ni4。在不同的作業環境下，鉆機零部件的使用狀況也不同，尤其在一些寒冷的地區，對鉆機零部件的低溫性能要求就更高，最關鍵的力學指標就是低溫沖擊韌性。在零下20℃的環境下，現有的20SiMn2MoVA鋼的平均沖擊韌性值不足42J，達不到API?Spec8C和SY/T5035中規定的Akv（-20℃）≥42J的規范要求；而20Cr2Ni4鋼的低溫性能雖然較好，-20℃的夏比沖擊韌性Akv能滿足API?Spec8C和SY/T5035，但20Cr2Ni4鋼在制造吊環產品的過程中可鍛性差，打磨困難，成本又較高，生產效率低，所以不適用于工業化批量生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種低碳馬氏體鋼，解決了現有高強鋼在淬回火熱處理工藝條件下的力學性能、尤其是低溫韌性，不能滿足石油鉆采裝備服役條件的問題。

本發明的另一目的是提供利用該種低碳馬氏體鋼制備吊環的方法。

本發明所采用的技術方案是，一種低碳馬氏體鋼，由下述的組分按照Wt%組成：0.19≤C≤0.24、Si≤0.37、P≤0.015、S≤0.015、2≤Mn≤2.4、0.7≤Cr≤1、1.4≤Ni≤1.7、0.4≤Mo≤0.5、0.07≤V≤0.12，其余為Fe，合計為100%。

本發明所采用的另一技術方案是，一種利用上述的低碳馬氏體鋼制備吊環的方法，按照以下步驟實施：

步驟1、按照以下質量百分比分別稱量各個組分：0.19≤C≤0.24、Si≤0.37、P≤0.015、S≤0.015、2≤Mn≤2.4、0.7≤Cr≤1、1.4≤Ni≤1.7、0.4≤Mo≤0.5、0.07≤V≤0.12，其余為Fe，合計為100%，一起進行冶煉；

步驟2、將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，最后采用電渣重熔技術進行組織均勻化處理；

步驟3、鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經坑冷緩冷不少于48小時；

步驟4、鋼錠鍛造，對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有足夠的切頭切尾量，鍛造比不小于3；鍛后經退火處理，得到制備吊環產品所需的圓鋼；

步驟5、毛坯加工，對步驟4得到的圓鋼表面經機加工車光；

步驟6、熱處理：對步驟5處理后的圓鋼進行自由鍛制成吊環產品，之后將吊環產品熱處理，即成。

本發明的有益效果是，不但保證了吊環鋼的高強度，還具有良好的低溫韌性，達到API?Spec8C和SY/T5035中規定的Akv（-20℃）≥42J的規范要求。使常規吊環產品（500噸以下）在不改變原設計圖紙和原有鍛造工藝的情況下能夠生產出滿足API8C和SY/T5035的低溫性能要求，易于加工，能進行工業化批量生產。

附圖說明

圖1是回火溫度對本發明鋼的強度影響曲線；

圖2是回火溫度對本發明鋼的塑性影響曲線；

圖3是回火溫度對本發明鋼的沖擊性影響曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明的低碳馬氏體鋼，用于制作石油鉆井吊環，由下述的組分按照Wt%組成：0.19≤C≤0.24、Si≤0.37、P≤0.015、S≤0.015、2≤Mn≤2.4、0.7≤Cr≤1、1.4≤Ni≤1.7、0.4≤Mo≤0.5、0.07≤V≤0.12，其余為Fe，合計為100%。

本發明低碳馬氏體鋼的組織結構因素是：位錯亞結構，馬氏體條束尺寸，馬氏體條粗細；ε-碳化物、置換固溶和間隙固溶。低碳馬氏體鋼的第一類回火脆性的發生已推移到400℃以上的溫度。當它的淬火馬氏體組織在低于350℃的溫度范圍內回火時，抗拉強度與缺口沖擊韌性AK和斷裂韌性KIC的變化趨勢是相一致的，表現出強韌性良好配合的特性，這是難能可貴的。而一般的中碳結構鋼不是這樣的，要經過調質處理以后才有明顯的起色，但強度犧牲太多。由于低碳馬氏體低溫回火性能具有強韌性同步變化的特征，本發明給出的思路是：在保持低碳馬氏體鋼強韌性同步協調的變化特點下，設法提高其韌性，與此同時使強度也有所改善，以期其強韌性組合更趨完善。