[发明专利]一种低碳马氏体钢及其制备吊环的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，用于制作API Spec8C中的高强韧性吊环产品，涉及一种低碳马氏体钢，本发明还涉及利用该种低碳马氏体钢制备吊环的方法。

背景技术

吊环是石油钻机装备游吊系统中的一个关键部件，目前吊环产品所采用的钢为20SiMn2MoVA和20Cr2Ni4。在不同的作业环境下，钻机零部件的使用状况也不同，尤其在一些寒冷的地区，对钻机零部件的低温性能要求就更高，最关键的力学指标就是低温冲击韧性。在零下20℃的环境下，现有的20SiMn2MoVA钢的平均冲击韧性值不足42J，达不到API Spec8C和SY/T5035中规定的Akv（-20℃）≥42J的规范要求；而20Cr2Ni4钢的低温性能虽然较好，-20℃的夏比冲击韧性Akv能满足API Spec8C和SY/T5035，但20Cr2Ni4钢在制造吊环产品的过程中可锻性差，打磨困难，成本又较高，生产效率低，所以不适用于工业化批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳马氏体钢，解决了现有高强钢在淬回火热处理工艺条件下的力学性能、尤其是低温韧性，不能满足石油钻采装备服役条件的问题。

本发明的另一目的是提供利用该种低碳马氏体钢制备吊环的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种低碳马氏体钢，由下述的组分按照Wt%组成：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，其余为Fe，合计为100%。

本发明所采用的另一技术方案是，一种利用上述的低碳马氏体钢制备吊环的方法，按照以下步骤实施：

步骤1、按照以下质量百分比分别称量各个组分：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，其余为Fe，合计为100%，一起进行冶炼；

步骤2、将步骤1冶炼得到的钢液，在真空下采用电弧加热钢液和吹氩气搅拌钢液脱气，最后采用电渣重熔技术进行组织均匀化处理；

步骤3、钢液浇注时采用吹起式滑动水口吹入惰性气体，均匀成分和温度，净化钢水，浇注的钢锭经坑冷缓冷不少于48小时；

步骤4、钢锭锻造，对步骤3得到的钢锭锻造时要留有足够的切头切尾量，锻造比不小于3；锻后经退火处理，得到制备吊环产品所需的圆钢；

步骤5、毛坯加工，对步骤4得到的圆钢表面经机加工车光；

步骤6、热处理：对步骤5处理后的圆钢进行自由锻制成吊环产品，之后将吊环产品热处理，即成。

本发明的有益效果是，不但保证了吊环钢的高强度，还具有良好的低温韧性，达到API Spec8C和SY/T5035中规定的Akv（-20℃）≥42J的规范要求。使常规吊环产品（500吨以下）在不改变原设计图纸和原有锻造工艺的情况下能够生产出满足API8C和SY/T5035的低温性能要求，易于加工，能进行工业化批量生产。

附图说明

图1是回火温度对本发明钢的强度影响曲线；

图2是回火温度对本发明钢的塑性影响曲线；

图3是回火温度对本发明钢的冲击性影响曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的低碳马氏体钢，用于制作石油钻井吊环，由下述的组分按照Wt%组成：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，其余为Fe，合计为100%。

本发明低碳马氏体钢的组织结构因素是：位错亚结构，马氏体条束尺寸，马氏体条粗细；ε-碳化物、置换固溶和间隙固溶。低碳马氏体钢的第一类回火脆性的发生已推移到400℃以上的温度。当它的淬火马氏体组织在低于350℃的温度范围内回火时，抗拉强度与缺口冲击韧性AK和断裂韧性KIC的变化趋势是相一致的，表现出强韧性良好配合的特性，这是难能可贵的。而一般的中碳结构钢不是这样的，要经过调质处理以后才有明显的起色，但强度牺牲太多。由于低碳马氏体低温回火性能具有强韧性同步变化的特征，本发明给出的思路是：在保持低碳马氏体钢强韧性同步协调的变化特点下，设法提高其韧性，与此同时使强度也有所改善，以期其强韧性组合更趋完善。