CN104313449A

CN104313449A - 一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法

Info

Publication number: CN104313449A
Application number: CN201410510038.3A
Authority: CN
Inventors: 王子君; 李守杰; 王学玺; 高全德; 曹启航; 高英丽; 孟令贤
Original assignee: Zhongyuan Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zhongyuan Special Steel Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-01-28

Abstract

本发明涉及吊环生产技术领域，具体涉及一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，该生产方法的步骤包括：电弧炉冶炼、真空精炼、电渣重熔、加热、锻造及锻后热处理工艺，该生产方法采用的原材料为Cr2Ni4型高合金钢，在其中添加Mo、V合金元素，并控制各个组分的比例为：C为0.18～0.23%，Si为0.20～0.50%，Mn为0.30～0.60%，Ni为3.25～3.65%，Cr为1.25～1.65%，Mo为0.05～0.20%，V为0.02～0.10%，S≤0.015%，P≤0.025%；所述锻造采用油压机拔方锻造，锻造后利用锻造余热进行正火。本发明提供了一种在低温条件使用的提高安全性和可靠性的低温高强高韧吊环用钢的生产方法。

Description

一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及吊环生产技术领域，具体涉及一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展和能源的持续紧张，国内外油价飞涨及石油需求量不断攀升，石油紧缺局面已迫在眉睫。为勘探更多的石油，石油钻采行业纷纷把目光转向极低温、沙漠、海上、沼泽地、山地等恶劣环境，这就对石油钻采装备提出了更高要求，尤其是钻机提升系统受力的关键件-吊环，吊环性能的好坏、安全可靠与否直接关系到钻井设备的使用。

目前，由于吊环材料成分设计不合理、锻造压实技术差等原因，国内外常用的吊环材料性能极不稳定，尤其是屈服强度、低温冲击韧性不能同时满足Rp0.2≥1180MPa、Akv（-20℃）≥42J、Akv（-45℃）≥27J要求，导致很难满足钻机设备安全系数2.75～3.0之间的要求，最终影响了钻机设备在低温条件下使用的安全性与可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种在低温条件使用的提高安全性和可靠性的低温高强高韧吊环用钢的生产方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，该生产方法的步骤包括：电弧炉冶炼、真空精炼、电渣重熔、加热、锻造及锻后热处理工艺，该生产方法采用的原材料为Cr2Ni4型高合金钢，在其中添加Mo、V合金元素，并控制各个组分的比例为：C为0.18～0.23%，Si为0.20～0.50%，Mn为0.30～0.60%，Ni为3.25～3.65%，Cr为1.25～1.65%，Mo为0.05～0.20%，V为0.02～0.10%，S≤0.015%，P≤0.025%；所述锻造采用油压机拔方锻造，锻造后利用锻造余热进行正火。

在油压机上锻造时采用上、下平砧，控制砧宽比0.5-0.68，料宽比0.8-1.25，单边压下量10%-13%，同时采用180°-90°翻转，要求搭砧量10%-15%，最终使内部组织均匀致密。

锻后利用锻造余热正火,即锻件在终锻温度≥850℃下直接进行空冷,使晶粒细化。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：采用Cr2Ni4型高合金钢，并添加一定比例的Mo、V等合金元素细化晶粒、提高和稳定性能；上述原料经真空精炼、电渣重熔两次精炼，获得较高的纯净度；将电渣锭加热至锻造温度，并在此温度下保温一定时间，使成分与组织充分均匀化，然后采用油压机拔方+精锻机成型的方式进行锻造，提高钢的锻透性、压实性及致密性；锻后采用余热正火+回火，达到细化晶粒、改善内部组织和消除锻造应力的目的。

本发明通过重新优化设计化学成分以及油压机拔方锻造生产出低温高强高韧吊环材料，提高了吊环的使用寿命，通过锻后利用锻造余热正火，有效降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的锻后热处理工艺流程图。

图2为本发明的试料热处理工艺流程图。

具体实施方式

一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，选用吊环钢种为20Cr2Ni4，经选料-精炼-电渣-锻造-锻后热处理而成。

选料后采用EAF+LF+VD精炼方式，炉料由二级及二级以上废钢、生铁、返回钢料头等组成，EAF氧化后出钢，包中预脱氧及部分合金化，进行LF吹氩精炼，白渣保持时间≥20分钟，脱气前按内控成分调整成分，进行VD真空脱气，在≤0.5乇保持时间≥25分钟，出钢前吹氩弱搅拌时间≥12min，出钢镇静后采用氩气保护浇注，电极坯脱模后热送电渣重熔，电渣锭脱模后过冷至450～500℃罩冷，表面清理后下转锻造，冶炼化学成分为：C为0.17～0.23%，Si为0.17～0.37%，Mn为0.30～0.60%，Ni为3.25～3.65%，Cr为1.25～1.65%，Mo为0.05～0.20%，V为0.02～0.10%，S≤0.015%，P≤0.025%。

电渣锭放入车底式燃气炉中加热，加热炉温度为1230±30℃，保温时间4～8h，始锻温度1180～900℃，终锻温度≥850℃，在锻造过程中：首先采用油压机拔方锻造，选择砧宽比为0.5～0.68之间的送进量，压下量控制在20%～25%，倒棱后返炉保温2～3h，炉温降低至1150℃，出炉后采用1800T精锻机锻造，每一道次下锤量控制变形量为60～75mm。

锻后采用余热正火+回火工艺方式进行，如图1所示，锻后利用锻造余热正火空冷，以达到细化晶粒的目的，当件温冷至280～320℃之间时，入炉待料保温，使残余奥氏体充分转变，升至650～700℃均保温后缓冷，保温时间为4～6h/100mm，改善内部组织、消除锻造应力和扩氢。

同一冶炼炉任抽一支锻件在冒口端去除影响区后，截取一段直径φ250试料，重新加热至锻造温度后在空气锤上改锻成φ120×400试料一块，进行整体热处理，如图2所示，先进行正火+回火，用以细化晶粒及均匀组织，为淬火做好准备。正火900～940℃，保温2～3h/100mm，空冷，回火650～690℃，保温4～6h/100mm，空冷；淬火880～920℃,保温2～3h/100mm，水冷，使工件心部达到规定温度、完成奥氏体转变并使其均匀化，获得马氏体组织；最后低温回火150～250℃，保温4～6h/100mm空冷，获得细小均匀的回火马氏体组织，力学性能满足使用的高强度极限和低温冲击韧性的要求。

对20Cr2Ni4吊环材料与20SiMn2MoVA吊环材料按照ASTM A370测试标准进行力学性能测试，结果如下表1。通过上述化学成分设计、锻造工艺设计及热处理工艺设计得到的吊环材料20Cr2Ni4，其力学性能已满足石油钻井设备先进水平的要求，并且提高了吊环的使用寿命，且有效降低了生产成本。

表1 力学性能测试数据

Claims

1.一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，该生产方法的步骤包括：电弧炉冶炼、真空精炼、电渣重熔、加热、锻造及锻后热处理工艺，其特征在于：该生产方法采用的原材料为Cr2Ni4型高合金钢，在其中添加Mo、V合金元素，并控制各个组分的比例为：C为0.18～0.23%，Si为0.20～0.50%，Mn为0.30～0.60%，Ni为3.25～3.65%，Cr为1.25～1.65%，Mo为0.05～0.20%，V为0.02～0.10%，S≤0.015%，P≤0.025%；所述锻造采用油压机拔方锻造，锻造后利用锻造余热进行正火。

2.根据权利要求1所述的一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，其特征在于：在油压机上锻造时采用上、下平砧，控制砧宽比0.5-0.68，料宽比0.8-1.25，单边压下量10%-13%，同时采用180°-90°翻转，要求搭砧量10%-15%，最终使内部组织均匀致密。

3.根据权利要求1所述的一种低温高强高韧吊环用钢的生产方法，其特征在于：锻后利用锻造余热正火,即锻件在终锻温度≥850℃下直接进行空冷,使晶粒细化。