CN105714194A - ZG20CrNiMnMo铸钢及其铸钢件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ZG20CrNiMnMo铸钢,由以下组分按照质量百分比(wt%)组成:C为0.20%?0.25%,Ni为0.80%?1.20%,Mo为0.50%?0.70%,Cr为0.70%?1.10%,Mn为0.95%?1.25%,Si为0.45%?0.75%,S≤0.015%,P≤0.02%,Cu≤0.25%,Al≤0.08%,余量为Fe,合计为100%。本发明还公开了该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法。本发明的ZG20CrNiMnMo铸钢所制作的石油钻机及钻采工具,铸造性能好、高强度、低温冲击韧性较高、淬透性和焊接性能良好,完全满足海洋石油钻机及钻采工具的使用要求。

Description

ZG20CrNiMnMo铸钢及其铸钢件制备方法
技术领域
本发明属于铸钢材料技术领域,涉及一种ZG20CrNiMnMo铸钢,本发明还涉及该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法。
背景技术
随着石油钻采设备市场国际化,对石油钻机的材质性能提出了更高的要求,钻采设备的材质性能必须符合Spec API 7K或8C的要求。由于钻采工具是钻机钻采作业的关键部件,因其材料及力学性能要求极其严格,已成为海洋钻机生产的“瓶颈”问题,严重阻碍了的石油钻采机械设备快速发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种ZG20CrNiMnMo铸钢,解决现有技术中石油钻机及钻采工具缺乏高强度铸钢材料,其力学性能不能满足实际需要的问题。
本发明的另一目的是提供该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法。
本发明所采用的技术方案是,一种ZG20CrNiMnMo铸钢,由以下组分按照质量百分比组成:
C为0.20%-0.25%,Ni为0.80%-1.20%,Mo为0.50%-0.70%,Cr为0.70%-1.10%,Mn为0.95%-1.25%,Si为0.45%-0.75%,S≤0.015%,P≤0.02%,Cu≤0.25%,Al≤0.08%,余量为Fe,合计为100%。
本发明所采用的另一技术方案是,一种上述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法,
所述的铸钢件浇注方法是,采用吹气式滑动水口吹入惰性气体,均匀成分和钢水温度,去除气体和夹杂,并引流浇注成形,砂型浇注后至少保温72小时脱模去砂。
本发明的有益效果是,采用该种ZG20CrNiMnMo铸钢所制作的石油钻机及钻采工具,具有铸造性能好、高强度、低温冲击韧性较高、淬透性和焊接性能良好的特性,完全满足海洋石油钻机及钻采工具的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的ZG20CrNiMnMo铸钢,由以下组分按照质量百分比(wt%)组成:
C为0.20%-0.25%,Ni为0.80%-1.20%,Mo为0.50%-0.70%,Cr为0.70%-1.10%,Mn为0.95%-1.25%,Si为0.45%-0.75%,S≤0.015%,P≤0.02%,Cu≤0.25%,Al≤0.08%,余量为Fe,合计为100%。
本发明上述的组分及其含量,按照海洋石油钻机及钻采工具的力学性能和实际使用要求,合理确定了镍、钼、铬、锰等的加入量。其中的C元素是强化钢材的最有效元素,但考虑到铸钢件可能出现的焊接失效问题,故把C含量控制在0.25%以下;Ni的加入是为了提高钢的强韧性能,也考虑到Ni对低温韧性的良好作用;Mn、Cr元素虽主要起固溶强化作用,但从资源条件和成本节约方面考虑,提出了高Mn低Cr的思路;Mo的加入是为了提高钢的淬透性;为了控制钢中夹杂物的含量,减少铸钢件的“冷脆性”和“热脆性”,P、S元素均要求控制在0.020%以下,Cu、Al均为铸钢在冶炼过程中不可辟免的外来非添加元素,并且对钢材力学性能影响较大,必须严格控制,它们都严重影响钢的冲击韧性,使钢材变脆。这一切都为实现新钢种具有良好的力学性能提供了必要条件。
本发明ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法是,包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法,
ZG20CrNiMnMo铸钢制备方法是:根据预定的化学成分,精选炉料,在电孤炉内冶炼,氧化温度≥1580℃;在炼钢的还原期保持白渣精炼的同时,在出钢前5-10分钟调整化学成分至预定范围内,先加Si-Fe,再加0.5-0.7%的钼铁细化晶粒,推渣搅拌均匀;出钢前5分钟,加0.1-0.15%的稀土硅对夹杂物的形态进行变质改性处理,确保化学成分在预定范围内;出钢温度1610℃-1630℃。
该ZG20CrNiMnMo铸钢件浇注方法是:采用吹气式滑动水口吹入惰性气体(选择氩气),均匀成分和钢水温度,去除气体和夹杂,并引流浇注成形,砂型浇注后至少保温72小时脱模去砂。
该ZG20CrNiMnMo铸钢件清切方法是:铸钢件打箱落砂后,毛坯直接进窑正火,在900℃保温5小时后空冷。在正火之前不得进行喷水、切割冒口等工作。正火结束后,在300℃左右热切冒口,热切冒口完成后,立即趁热进电窑加热至620℃-660℃保温25-48小时,进行高温去氢处理,然后空冷。清除铸钢件上的粘砂、夹杂物、浇冒口残留等缺陷。必要时可对铸钢件缺陷预热补焊,预热温度为300℃;铸钢件补焊完成后,加热至350℃保温2小时进行消氢处理,并对铸钢件非加工面打磨出金属光泽。铸钢件打磨完成后进行二次正火处理,加热950℃保温3小时后空冷,二次正火后对铸钢件进行喷丸处理,除净氧化皮。
该ZG20CrNiMnMo铸钢件热处理方法是:对二次正火后的铸钢件先加热至940±10℃保温4-5小时后水冷;再加热至620±20℃保温8-9小时后空冷。
实施例1
按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化学成份(Wt%)如下:
炉号1:C为0.21%,Ni为1.17%,Mo为0.52%,Cr为0.76%,Mn为1.08%,Si为0.54%,S为0.011%,P为0.02%,Cu为0.05%Al≤0.08%,余量为Fe,合计为100%。
对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表1。
表1,铸钢高强度件力学性能指标
实施例2
按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化学成份(Wt%)如下:
炉号2:C为0.24%,Ni为1.1%,Mo为0.58%,Cr为0.96%,Mn为1.2%,Si为0.64%,S为0.012%,P为0.025%,Cu为0.055%Al≤0.07%,余量为Fe,合计为100%。
对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表2。
表2,铸钢高强度件力学性能指标
实施例3
按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化学成份(Wt%)如下:
炉号3:C为0.22%,Ni为0.97%,Mo为0.6%,Cr为1.05%,Mn为0.98%,Si为0.48%,S为0.008%,P为0.015%,Cu为0.045%Al≤0.06%,余量为Fe,合计为100%。
对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表3。
表3,铸钢高强度件力学性能指标
可见,本发明经12支125单基尔试块取样进行力学性能测试表明,其力学性能指标远远高于Spec API 7K和8C的技术要求,具有铸造性能好、强度高、低温冲击韧性较好、淬透性和焊接性能良好的特性,完全满足了海洋石油钻机及钻采工具的使用要求。

Claims (5)

1.一种ZG20CrNiMnMo铸钢,其特征在于,由以下组分按照质量百分比组成:
C为0.20%-0.25%,Ni为0.80%-1.20%,Mo为0.50%-0.70%,Cr为0.70%-1.10%,Mn为0.95%-1.25%,Si为0.45%-0.75%,S≤0.015%,P≤0.02%,Cu≤0.25%,Al≤0.08%,余量为Fe,合计为100%。
2.一种权利要求1所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备方法、铸钢件浇注方法、铸钢件清切方法及铸钢件热处理方法,其特征在于:
所述的铸钢件浇注方法是,采用吹气式滑动水口吹入惰性气体,均匀成分和钢水温度,去除气体和夹杂,并引流浇注成形,砂型浇注后至少保温72小时脱模去砂。
3.根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,其特征在于,所述的铸钢制备方法是:根据预定的化学成分,精选炉料,在电孤炉内冶炼,氧化温度≥1580℃;在炼钢的还原期保持白渣精炼的同时,在出钢前5-10分钟调整化学成分至预定范围内,先加Si-Fe,再加钼铁细化晶粒,推渣搅拌均匀;出钢前5分钟,加稀土硅对夹杂物的形态进行变质改性处理,确保化学成分在预定范围内;出钢温度1610℃-1630℃。
4.根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,其特征在于,所述的铸钢件清切方法是:铸钢件打箱落砂后,毛坯直接进窑正火,在900℃保温5小时后空冷;正火结束后,在300℃热切冒口,立即趁热进电窑加热至620℃-660℃保温25-48小时,进行高温去氢处理,然后空冷;清除铸钢件上的粘砂、夹杂物、浇冒口残留等缺陷,必要时可对铸钢件缺陷预热补焊,预热温度为300℃;铸钢件补焊完成后,加热至350℃保温2小时进行消氢处理,并对铸钢件非加工面打磨出金属光泽;铸钢件打磨完成后进行二次正火处理,加热950℃保温3小时后空冷,二次正火后对铸钢件进行喷丸处理,除净氧化皮。
5.根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法,其特征在于,所述的铸钢件热处理方法是:对二次正火后的铸钢件先加热至940±10℃保温4-5小时后水冷;再加热至620±20℃保温8-9小时后空冷。
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