[发明专利]一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢

说明书

本发明公开了一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢，该钻杆接头用钢通过添加Nb元素，形成具有弥散且溶解温度很高的NbC碳化物来“钉扎”奥氏体晶界来细化奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒度从原SAE4137H的5级提高到7.5级以上，提高了材料低温冲击性能；通过添加Ni元素增加材料的层错能来改善材料的低温缺口敏感性，从而提高材料的低温冲击性能。采用这两项措施后，钻杆接头调质热处理后冲击AKV(纵向，‑20℃)可以达到90J以上，可以满足低温环境使用的钻杆接头设计要求。

技术领域

本发明涉及一种钻杆接头用钢，具体涉及一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢。

背景技术

目前普遍使用SAE4137H制造石油钻杆接头，使用该牌号钢制造的石油钻杆接头使用环境在-30℃～120℃效果较好，对于低温环境-30℃～-60℃，该钢种制造的钻杆接头的-20℃以下冲击功AKV(纵向)一般在80-90J，明显偏低。达不到低温环境设计要求的AKV(纵向，-20℃)≥90J的要求，因此，需要设计一种在低温环境下服役的钻杆接头用钢成分以满足寒冷地区石油开采的对于钻具的需要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢，该钢能够满足低温环境使用的钻杆接头设计要求。

技术方案：本发明所述的一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢，元素组成以质量百分比计含有C：0.35-0.38％、Si：0.20-0.30％、Mn：0.85-1.00％、P：≤0.010％、S：≤0.005％、Cr：0.90-1.20％、Mo：0.25-0.35％、Ni：0.15-0.25％、Nb：0.02-0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中，该钢的奥氏体晶粒度≥7.5级。且，-20℃纵向冲击吸收功AKV为110-135J。

该钻杆接头用钢的元素设计原理如下：

C：碳在SAE4137H等调质钢中是主要的强化元素之一。该钢在调质热处理后形成合金碳化物在铁素体上弥散析出的回火索氏体组织，这种回火索氏体组织较高的力学性能，还有很好的冲击韧性。根据该钢的Cr、Mo的加入量，将碳的含量控制在0.35-0.38％。

Cr、Mn、Mo元素：

1)可以提高钢材的淬透性，可以增加淬透半径，是调质钢主要的强化元素。

2)Cr、Mo是碳化物形成元素，可以和碳元素形成合金碳化物，在淬火后的回火过程中，合金碳化物在铁素体上弥散析出，形成回火索氏体组织，具有较好的力学性能。

3)Mo有减弱钢材的回火脆性的作用。

这三种元素加入过少则无法达到上述技术效果，过多则饱和，降低力学性能并提升了成本，因此分别控制在Cr：0.90-1.20％、Mn：0.85-1.00％、Mo：0.25-0.35％。

Ni和Nb元素为该钻杆接头用钢的关键元素，Ni能够增加材料的层错来改善材料的低温缺口敏感性，从而提高材料的低温冲击性能，加入量过少达不到该效果，加入量过多则饱和并提升成本，因此Ni控制在0.15-0.25％；Nb能够形成具有弥散且溶解温度很高的NbC碳化物来“钉扎”奥氏体晶界，从而细化奥氏体晶粒，本发明探索合适的加入量为0.02-0.045％。

有益效果：本发明的钻杆接头用钢通过添加Nb元素，形成具有弥散且溶解温度很高的NbC碳化物来“钉扎”奥氏体晶界来细化奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒度从原SAE4137H的5级提高到7.5级以上，提高了材料低温冲击性能；通过添加Ni元素增加材料的层错能来改善材料的低温缺口敏感性，从而提高材料的低温冲击性能。采用这两项措施后，钻杆接头调质热处理后冲击AKV(纵向，-20℃)可以达到90J以上，可以满足低温环境使用的钻杆接头设计要求。

具体实施方式