[發明專利]高強度合金鋼的冶煉方法

在審

• 申請號: 201711474078.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109988959A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 吳紅霞
• 申請（專利權）人: 吳紅霞
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C21C5/52;C21C7/064;C21C7/068;C21C7/06;C21C7/10;C22C38/44;C22C38/04;C22C38/02
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本發明涉及冶金領域，具體為一種用于鉆頭和泵頭體材料的高強度合金鋼冶煉工藝。通過調整合金材料加入的順序，電弧爐初煉階段加入Mo和Ni，并增加脫碳量；LF爐精煉階段使用新型的復合脫氧劑，凈化鋼錠，提高力學性能；在真空脫氣精煉（VD）前加入鋁，促進鋼水合金化，使鋼水合金化過程更充分，又可減少氧化夾雜物。鋼錠具有清潔度高、表面質量及可淬透性好、晶粒度細等優點；鋼錠強度高，耐高壓、耐腐蝕，機械性能良好。本工藝中，無需電渣重熔工序即可獲得良好脫氧效果，同時減少非金屬夾雜物含量，提高產品探傷檢測水平，在保證使用性能的前提下減少能耗，降低了成本。

技術領域

本發明涉及冶金領域，具體為一種用于鉆頭和泵頭體材料的高強度合金鋼冶煉工藝。

背景技術

石油勘探鉆頭有牙輪鉆頭、刮刀鉆頭、金剛石鉆頭等多種，其中占各國石油鉆井使用量90%以上的是牙輪鉆頭，所使用的鋼材一般屬低碳高強度合金滲碳鋼，如Ni-Cr-Mo系和Ni-Mo系。

石油鉆探過程中，受地質條件影響較大，尤其是復雜的地貌，對鉆桿材料要求也高。一般采用美標的4330V材料制成，相當于國內牌號30CrNiMoV材料，這種材料也用于多缸柱塞泵的泵頭。因此，這種材料必須具備優良的綜合力學性能，不僅要通過嚴格的化學成分和特定金相組織來保證，而且要嚴格控制鋼材的內部微觀缺陷。

在強度等級提高后，成分控制范圍一般要比普通合金結構鋼窄，要求鋼水純度高。對于微量雜質元素，不僅要嚴格控制含量，而且對其存在部位和形態也有特定要求。如：硫的含量要求控制在0.015%以下，而以前要求是0.04%；因硫化物夾雜導致應力集中，形成裂紋源，所以硫化物的形狀還必須為分散的球形。除硫、磷之外，氣體對鋼的耐疲勞強度和沖擊韌性等均有影響。因此，這類高強度鋼的冶煉一般要經過電弧爐、鋼包精煉爐（LF爐）、真空脫氣（VD）和電渣重熔等工藝。這樣冶煉的成本較高。

在鋼鐵合金冶煉過程中，在煉鋼階段將原料熔化為鋼水，然后；在氧化期的處理過程中，需加入氧化劑（如通入氧氣、加入鐵礦石或氧化鐵皮）以氧化去除其中的碳、磷等雜質元素及雜質氣體。通常情況下，需要加入過量的氧化劑，因此會形成氧化夾雜物（以FeO為主）。氧化夾雜物對鋼質有害，造成所得到的鋼鐵容易發生熱脆。通常需要再加入脫氧劑進行脫氧處理，即鋼鐵冶煉中的還原期。

脫氧劑的種類有很多，常用的有硅鐵、錳鋼、錳硅合金、鋁等，以及用作脫氧劑和合金化材料的含鉻、硼、磷、鎳、鈦等合金元素。

在鋼包精煉爐（LF爐）中進行的脫氧處理工藝主要有沉淀脫氧和擴散脫氧等。

沉淀脫氧：向鋼水中直接加入脫氧劑或合金脫氧材料，使之形成氧化物；該氧化物上浮進入鋼渣。這種方法脫氧速度快，但是產生的夾雜物較多，夾雜物混合在鋼水中不易去除。一般在沉淀脫氧前會在鋼水中加入少量螢石、氧化鈣等造渣材料制造漂浮在鋼水表面的稀薄渣，用于吸附鋼水中的夾雜物。

擴散脫氧：在鋼渣中氧化鐵的含量較高，可向鋼渣中加入碳粉、硅粉、鋁粉等還原劑，用于還原鋼渣，使鋼渣中的FeO含量降低，有利于鋼水中的氧擴散到鋼渣中。

沉淀脫氧過程中，常用的脫氧劑材料有錳鐵、硅鐵和鋁，這三種材料的價格較低。一般情況下，脫氧劑折合為硅、錳和鋁元素，與鋼水的用量比為0.17%～0.37%、0.3%～0.6%和0.05%～0.10%。現有的工藝中，脫氧劑錳鐵、硅鐵和鋁分別加入鋼水中進行反應；根據對氧親和力的強弱，加入順序為錳鐵、硅鐵和鋁，由于錳與氧的親和力弱，需要反應較長的時間，因此最先加入；鋁較為活潑，反應時間較短。由于鋼水的溫度一般在1600℃左右，在冶煉過程中分別單獨加入上述脫氧劑，就不能形成低熔點的液態大顆粒（Al2O3、SiO2和MnO

的熔點分別為2050℃、1713℃和1785℃，高于鋼水溫度），這些脫氧產物在鋼水中以固體狀存在，混合在鋼水中，難以上浮以脫離鋼水進入鋼渣。