CN105714194B - 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 (1)

1.一种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，该种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％，其特征在于，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，
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；
所述的铸钢制备方法是，根据预定的化学成分，精选炉料，在电弧炉内冶炼，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℃；
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，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；
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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