[发明专利]一种钻井泵空气包用钢及其生产方法

说明书

本发明提供了一种钻井泵空气包用钢及其生产方法，其化学成分：C0.29‑0.33％、Si 0.15‑0.35％、Mn 0.50‑0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr0.95‑1.10％、Ni 0.15‑0.25％，Mo 0.15‑0.25％，V 0.010‑0.025％、Nb 0.015‑0.030％，N0.0060‑0.0100％，Al0.018‑0.032％，其余为铁和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，本发明通过多元微合金化的成分设计、锻造余热等温退火及热处理工艺优化，在保证空气包质量可靠的前提下取消其调质热处理之前的正火工序、缩短空气包生产周期、降低用户的热处理成本。

技术领域

本发明属于冶金钢铁材料技术领域，具体涉及一种钻井泵空气包用钢及其生产方法。

背景技术

钻井泵，是组成钻机循环系统的重要部分，又称泥浆泵，为了减小钻井泵排出压力脉动幅度，从而明显提高泵的性能、减少钻井事故，目前普遍采用在距泵排出阀箱最近处设置排出空气包的方法。空气包是组成钻井泵液力系统的重要部分，其内部气体体积随气体压力变化而增大或减小，利用这种特性，空气包可以储存(或释放)超过(或低于)平均流量多的那部分液体，因而可以减小压力脉动幅度，维持着钻井泵管线中的液体近似地均匀流动。随着钻井技术的发展，对钻井泵提出了更高的质量要求，而空气包对于延长钻井泵的使用寿命有着重要的意义，作为压力容器的空气包，应具有很好的强韧性配合，在低温环境下使用，其低温韧性应较好。

目前空气包一般是铸造或锻造制成，由于铸造空气包产品有气孔、缩孔、夹砂等铸造缺陷，使其强度低，稳定压力的能力弱，缓冲性能差，使用寿命短，常阀门突然关闭，所以实际中应用较多的是锻造空气包。制作空气包的常用材料有30CrMo、4130等。GB/3077-2015《合金结构钢》30CrMo特级优质钢的主要成分为：0.26-0.33％C、0.17-0.37％Si、0.40-0.70％Mn、≤0.020％P、≤0.010％S、0.80-1.10％Cr、0.15-0.25％Mo。ASTM A29/A29M-16《热锻及冷加工碳素钢和合金钢棒》4130的主要成分为：0.26-0.33％C、0.15-0.35％Si、0.40-0.60％Mn、≤0.035％P、≤0.040％S、0.80-1.10％Cr、0.15-0.25％Mo。现有的空气包为了达到性能要求，一般热处理工艺是正火+调质热处理。

2014年7月30日公开的发明专利申请《石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢及制备方法》(CN 103952632 A)公开了一种空气包用钢的成分：C0.22％-0.3％，Mn0.7％-0.9％，Cr0.8％-1％，Mo0.2％-0.3％，Si0.2％-0.4％，Re0.01％-0.015％，S≤0.02％，P≤0.025％，Cu≤0.4％，Ni≤0.4％，W≤0.1％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。其公开的热处理工艺就是2次正火+调质热处理。该专利技术经过2次正火，工序多，成本高。

可见，目前的空气包用钢主要存在以下问题：后续热处理工序多、调质热处理前需进行正火处理，生产周期长、成本较高。而取消正火处理就不能保证强韧性满足要求。空气包质量鉴定等效试样200*180*125(mm)在1/4对角线取样，工件的最低回火温度595℃，要求：R_el(R_p0.2)≥655MPa，R_m≥827MPa，A≥15％，Z≥30％，-20℃KV₈≥27J。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井泵空气包用钢及其生产方法，解决质量与成本的矛盾，通过多元微合金化的成分设计、锻造余热等温退火及热处理工艺优化，在保证空气包质量可靠的前提下取消其调质热处理之前的正火工序、缩短生产周期、降低热处理成本。

本发明的技术方案如下：

一种钻井泵空气包用钢，所述钻井泵空气包用钢含有以下重量百分比的化学成分：