[发明专利]一种120KSI钢级高强韧中碳调质圆钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及120KSI钢级圆钢及制造方法，具体涉及一种采用连铸连轧工艺生产的、在屈服强度达到120KSI钢级时仍具有较高的塑性及常温、低温冲击韧性的调质圆钢及其制造方法。

背景技术

4140、4137、4145等中碳调质钢淬透性高，强度、塑性及韧性等综合机械性能好，广泛应用于油田、风电、机械等领域。但随着各行业的发展，客户对材料的要求越来越高，采用传统方式生产的这些钢材已很难满足使用要求。如用于油井钻具设备上的调质钢，目前国内及国外绝大多数钻铤机械性能均采用美国石油协会API标准。近年来随着石油能源的逐步消耗，深井、超深井及高寒地区油井的开发需求原来越迫切，以美国国民油井、斯伦贝谢等世界5大油田设备及服务公司为代表的客户在原API标准要求的基础上不断提高钻铤钢强度及韧性要求，以4145钻铤钢为例，传统API及客户高强韧要求如下表所示：

表1 API 7-1标准及高强韧4145力学性能要求对比

对比表1中数据可知，高强韧4145的取样位置由表面下25mm加深至1/2半径， 以241.3mm棒材为例，取样深度由表面下25mm变为60mm。在此基础上进一步提高了屈服强度指标，并增加了1/2半径硬度及-20℃低温冲击要求，可以看出，棒材规格越大，对原材料及设备的淬透能力要求越高，生产难度越大，目前国内各钢厂及热处理厂家均不能保证如此高的性能要求。

公开号CN102330027的发明专利公开了一种120KSI钢级初级抗硫钻杆及制备方法，该钢材中贵重金属Mo含量最低也要0.5%，实施例中为0.6%，原料成本很高，C含量介于0.24%～0.30%，淬透性差，难以满足大直径棒材或厚壁管材（如钻铤）的热处理需要，必须在加工成管件后采用内外层喷水的方式达到120KSI级别力学性能，加工及热处理成本很高，该专利中没有明确最大可供货规格及机械性能取样深度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种120KSI钢级，屈服强度达到827MPa的高强韧中碳调质钢，其直径可达254mm，在距表面二分之一半径以内取样检验，屈服强度 ≥827MPa，抗拉强度≥965MPa，延伸率 ≥16%，断面收缩率 ≥45%，室温及-20℃夏比冲击功≥60J，表面硬度可控制在341HB以下，可用于制造大规格油井钻铤、钻杆、钻杆接头、接箍等高强韧要求的部件。

本发明所要解决的另一技术问题是针对上述现有技术现状提供一种制造上述120KSI钢级、高强韧中碳调质圆钢的炼钢方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种120KSI钢级高强韧中碳调质圆钢，该圆钢的化学成分按质量百分比计为C：0.35～0.50%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.60～1.30%，P：≤0.015%，S：≤0.040%，Cr：0.75～1.30%，Mo：0.15～0.35%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，Alt：0.015-0.040%，V：≤0.10%，Nb：≤0.10%，Ti：≤0.05%， N：≤ 0.008%，B：≤0.0010%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，其中V、Nb的含量不同时≤0.010%。

优选地，所述V、Nb、Ti的添加组合方式：Nb，或V，或Ti、Nb，或Nb、V，或Ti、Nb、V。

本发明高强韧、抗硫化氢应力腐蚀钻具用圆钢的化学成分是这样确定的:

C：增加材料淬透性、强度和硬度，但降低塑性和韧性，升高韧脆转变温度，使材料HIC敏感性增强，为了达到120KSI钢级强度的要求，本发明采用中碳含量。本发明控制其含量为0.35～0.50%。

Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si 含量低于0.10%时，脱氧效果较差，Si 含量较高时降低韧性。本发明Si 含量控制为0.15～0.4%。

Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用提高钢材的强度。但Mn易促进有害元素P等向晶界偏析，引起氢致沿晶断裂。在进行大规格圆钢轧制或锻造时，控制Mn的含量极其重要，为了达到强度和尺寸的均衡，本发明Mn 含量控制在0.60～1.30%。