[发明专利]一种合金钢及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种合金钢及其制备方法和用途。所述合金钢按组分质量分数包括：碳0.24‑0.29％，硅0.20‑0.35％，锰1.15‑1.35％，磷0‑0.012％，硫0‑0.010％，铬1.35‑1.45％，铌0.04‑0.08％，钼0.10‑0.18％，余量为铁和不可避免的杂质。所述制备方法包括：将配方量的各原料混合后进行冶炼浇铸，之后进行锻造、轧制和热处理，得到所述合金钢。本发明提供的合金钢通过提高铌和铬元素的含量，降低钼元素的含量，合金钢成本低廉，同时具有强度高、韧性好的优点。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种合金钢及其制备方法和用途。

背景技术

合金钢中，除铁、碳外，还加入其他的合金元素，是一种在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

20世纪70年代以来，世界范围内合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。

进入80年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。在钢的化学成分-工艺-组织-性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合金设计。

非开挖钻杆制造工艺与石油钻杆存在着区别，石油钻杆螺纹为镀红铜，而非开挖钻杆螺纹采用QPQ盐浴氮化-氧化处理。一般市场所采用的钢钟往往具有能源消耗量大，不环保(如42MnMo7)，或者价格昂贵(27CrMo45)，又或工艺不稳定等因素(26CrMnMo)。

而且，由于非开挖钻杆热处理调质后螺纹部份必须经过QPQ盐浴氮化－氧化处理，而这工序需要一定的温度，这个温度最佳在530～550℃之间，太低盐不易溶化，同时活性也较低，太高盐浴成份易老化，而这个工艺温度就要求非开挖钻杆淬火后，其回火温度至少不能低于580℃，否则就会使钻杆螺纹氮化部位的性能下降，从而不能达到S135钢级的标准。

42MnMo7淬火后回火温度刚好在550℃左右，这样氮化后相当于二次回火，对其性能还是有一定的降低作用，同时此材质必须淬油(水淬易开裂)，消耗能源及造成污染相当严重。27CrMo45经淬火后回火温度在580℃左右，这样后继的氮化不会降低回火后的性能，但由于Mo元素的过多加入(同时钼元素较昂贵)，其生产成本较高。26CrMnMo经淬火后回火在540℃左右，经盐浴氮化后螺纹部份性能略有降低，造成性能整个管体有较大差异。

CN103820737A公开了一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：C：0.26～0.29％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.05～1.30％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr：0.80～1.10％、Mo：0.20～0.25％、Ni≤0.10％、V：0.07～0.15％、Cu≤0.1％、As≤0.015％、Sn≤0.010％、Pb≤0.003％、Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。但是该方案得到的刚才成本太高，影响其市场竞争力。

CN108950426A公开了一种低碳低硼中铬合金钢及其制备方法，涉及合金钢技术领域。该方案的合金钢包括碳0.05-0.30％，硅1.0-3.0％，锰0.8-1.3％，磷＜0.04％，硫＜0.04％，铬3.5-7.9％，钛0-0.08％，镍0.3-2.0％，钼0.1-0.5％，硼0.03-0.25％，铝0.1-0.3％，铈0.5-1.5％，锡0.02-0.1％，钒0.3-1.0％，钨0.1-1％，铜0.05-0.3％，钽0.005-0.015％，钴0.05-0.15％，铌0.05-0.25％，余量为铁和不可避免的杂质。该方案同样存在着成本较高的问题，并且强度和韧性也有待进一步提高。