CN103820737A - 一种非开挖钻杆用钢 - Google Patents
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Abstract
本发明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。所述钢经调质处理后，其性能符合S135钢级标准，同时在后续的氮化过程中，也不会因氮化温度而降低钢管本身调质后的性能，同时加入的合金元素具有较高的性价比，可作为非开挖钻杆用钢使用。
Description
技术领域
本发明属于钢制备技术领域，具体涉及一种非开挖钻杆用钢。
背景技术
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。
发明内容
针对已有技术的问题，本发明的目的在于提供一种非开挖钻杆用钢，所述钢的回火稳定性较好，淬火后回火温度在600℃左右，这个回火温度远远超过后继QPQ处理时的工艺温度550℃，这样淬火后加高温回火所达到的S135钢级性能不会发生任何改变。而且，所述钢经过调质及氮化后具有良好的综合性能，经测试其性能完全符合API5DP钻杆标准。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
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。
本发明通过在所述钢中加入0.20～0.25%较低含量的Mo，并加入一定量的合金元素V（钒），钒作为一种强碳化物形成元素，不但能细化晶粒，同时能延迟淬火后的马氏体分解，其回火稳定性较好，淬火后回火温度在600℃左右，这个回火温度远远超过后继QPQ盐浴氮化-氧化处理时的工艺温度550℃，这样淬火后加高温回火所达到的S135钢级性能不会发生任何改变。V和Mo元素的配合使得所述钢经过调质及氮化后具有良好的综合性能，经测试其性能完全符合API5DP钻杆标准。在实际生产过程中，Mo的含量每增加0.01%，生产成本增加50元。由于本发明所述Mo的含量低，显著地降低了钢的成本。
所述C的质量百分百分比例如为0.263%、0.265%、0.268%、0.271%、0.274%、0.277%、0.28%、0.283%、0.285%或0.288%。
所述Si的质量百分比例如为0.18%、0.19%、0.20%、0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.30%、0.31%、0.32%、0.33%、0.34%、0.35%或0.36%。
所述Mn的质量百分比例如为1.07%、1.09%、1.11%、1.13%、1.15%、1.17%、1.19%、1.21%、1.23%、1.25%、1.27%或1.29%。
所述S的质量百分比例如为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%或0.009%。
所述P的质量百分比例如为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%、0.009%、0.010%、0.011%、0.012%、0.013%或0.014%。
所述Cr的质量百分比例如为0.82%、0.84%、0.86%、0.88%、0.90%、0.92%、0.94%、0.96%、0.98%、1.00%、1.02%、1.04%、1.06%、1.08%或1.09%。
所述Mo的质量百分比例如为0.20%、0.21%、0.22%、0.20%、0.21%、0.20%、0.21%或0.22%。
所述Ni的质量百分比例如为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%或0.09%。
所述V的质量百分比例如为0.075%、0.08%、0.085%、0.09%、0.095%、0.10%、0.105%、0.11%、0.115%、0.12%、0.125%、0.13%、0.135%、0.14%或0.145%。
所述Cu的质量百分比例如为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%或0.09%。
所述As的质量百分比例如为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%、0.009%、0.010%、0.011%、0.012%、0.013%或0.014%。
所述Sn的质量百分比例如为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%或0.009%。
所述Pb的质量百分比例如为0.001%、0.0015%、0.002%或0.0025%。
所述Sb的质量百分比例如为0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%、0.007%、0.008%或0.009%。
优选地，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：0.19～0.35%、Mn：1.10～1.30%、S≤0.010%、P≤0.010%、Cr：0.80～1.10%、Mo：0.20～0.25%、Ni≤0.10%、V：0.09～0.15%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，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：0.25～0.35%、Mn：1.15～1.25%、S≤0.005%、P≤0.010%、Cr：0.80～1.10%、Mo：0.20～0.25%、Ni≤0.10%、V：0.09～0.13%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，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%、Ni≤0.10%、V：0.12%、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。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在所述钢中加入一定量的合金元素V（钒），钒作为一种强碳化物形成元素，不但能细化晶粒，同时能延迟淬火后的马氏体分解，其回火稳定性较好，淬火后回火温度在600℃左右，这个回火温度远远超过后继QPQ盐浴氮化-氧化处理时的工艺温度550℃，这样淬火后加高温回火所达到的S135钢级性能不会发生任何改变。所述钢经过调质及氮化后具有良好的综合性能，屈服强度≥931MPa，抗拉强度≥1000MPa，冲击功≥54J（全尺寸），完全符合API5DP钻杆标准。
此外，所述钢种经调质处理后，其性能符合S135钢级标准，同时在后续的氮化过程中，也不会因氮化温度而降低钢管本身调质后的性能，同时加入的合金元素具有较高的性价比。
同时，本发明所提供的钢极大的降低了钢中的P、S含量，其中，S≤0.005%、P≤0.010%，杂质较少，提高了材料的洁净度，减少了材料的偏析，提高了材料的耐腐蚀能力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
具体实施例1
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.26%、Si：0.17%、Mn：1.05%、S≤0.010%、P≤0.015%、Cr：0.80%、Mo：0.25%、Ni≤0.10%、V：0.07%、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。
具体实施例2
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.29%、Si：0.37%、Mn：1.30%、S≤0.010%、P≤0.015%、Cr：1.10%、Mo：0.20%、Ni≤0.10%、V：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。
具体实施例3
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.26%、Si：0.19%、Mn：1.10%、S≤0.010%、P≤0.010%、Cr：0.80%、Mo：0.23%、Ni≤0.10%、V：0.09%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
具体实施例4
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.29%、Si：0.35%、Mn：1.30%、S≤0.010%、P≤0.010%、Cr：1.10%、Mo：0.24%、Ni≤0.10%、V：0.15%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
具体实施例5
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.26%、Si：0.25%、Mn：1.15%、S≤0.005%、P≤0.010%、Cr：0.80%、Mo：0.30%、Ni≤0.10%、V：0.09%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
具体实施例6
一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：
C：0.29%、Si：0.35%、Mn：1.25%、S≤0.005%、P≤0.010%、Cr：1.10%、Mo：0.30%、Ni≤0.10%、V：0.13%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
对本发明所述钢进行性能测试，结果如表1和表2所示：
表1
| 样品1 | 样品2 | |
| 规格 | 73×10×3000 | 73×10×3000 |
| 试样壁厚(a)mm | 9.66 | 9.62 |
| 试样宽度(b)mm | 19.00 | 18.92 |
| 试样外经(D)mm | 73.00 | 73.00 |
| 等效面积mm2 | 186.36 | 184.78 |
| 原始标距mm | 50.00 | 50.00 |
| 最大力(Fm)kN | 189.31 | 193.05 |
| 规定非比例延伸率(εp)% | 0.20 | 0.20 |
| 规定总延伸率εt | 0.70 | 0.70 |
| 屈服强度(Rel)MPa | 1010 | 975 |
| 抗拉强度(Rm)MPa | 1020 | 1040 |
| 规定非比例延伸强度(Rp)MPa | 940 | 955 |
| 规定总延伸强度(Rt)MPa | 960 | 955 |
| 断后伸长率(A)% | 15.00 | 16.16 |
表2
其中，API5DP标准要求(S135)：
管体屈服：931～1138MPa、管体抗拉：≥1000MPa、管体最小伸长率：11%、管体半尺寸室温冲击：≥30J。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (4)
1.一种非开挖钻杆用钢，其特征在于，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%、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。
2.如权利要求1所述的非开挖钻杆用钢，其特征在于，其组成按质量百分比为：
C：0.26～0.29%、Si：0.19～0.35%、Mn：1.10～1.30%、S≤0.010%、P≤0.010%、Cr：0.80～1.10%、Mo:0.20～0.25%、Ni≤0.10%、V：0.09～0.15%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的非开挖钻杆用钢，其特征在于，其组成按质量百分比为：
C：0.26～0.29%、Si：0.25～0.35%、Mn：1.15～1.25%、S≤0.005%、P≤0.010%、Cr：0.80～1.10%、Mo:0.20～0.25%、Ni≤0.10%、V：0.09～0.13%、Cu≤0.1%、As≤0.010%、Sn≤0.010%、Pb≤0.003%、Sb≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的非开挖钻杆用钢，其特征在于，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%、Ni≤0.10%、V：0.12%、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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Trenchless drill rod steel Effective date of registration: 20191121 Granted publication date: 20160427 Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd Wuxi branch Pledgor: WUXI DOUBLE HORSE DRILLING TOOLS CO., LTD. Registration number: Y2019990000556 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |