CN105908055A - 用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，解决了现有合金材料不能同时满足焊接性能和抗压强度的问题。本发明包括步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理；步骤二、将Mn、Ti、Nb加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入Si、Cr、W、N、Cu、C，混合均匀，在750～800℃条件下保温10～15min后，以5～10℃/min的升温速度增加到1100～1200℃，保温2～3h后，再在800～850℃条件下恒温浇铸；步骤三、降温到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品。本发明在提高强度、硬度的情况下，依然能有效保证焊接性能。

Description

用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢材，具体涉及用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法。
背景技术
随着石油钻采设备市场国际化，对石油钻机性能提出了更高的要求，钻采设备性能必须符合API Spec7K的要求。石油钻采设备泥浆泵的空气包、排出管路和滤网外壳等是受高压流体压力的关键承压部件，要求在70Mpa 的压力下运行20分钟不渗漏，要求其材料的焊接性好、刚性好、强度高。
现有的材质使用时，通常会从抗压强度上考虑，为了提高抗压强度，通常是增加C、Mn、Si或其他增加强度的元素，但上述元素的增加会导致焊接性能下降，导致可焊性较差，甚至在焊接后产生冷裂纹，焊接后磁粉探伤通过率低，不能满足API Spec7K会标认证对材料的要求。但为了满足焊接性能，则通过降低C、Mn、Si的含量来解决焊接性能下降的问题，该方式虽让解决了该问题，但是也极大地降低了耐磨损度和抗压强度。
因而，急需设计出一种性能优良、价格低廉的材料，解决技术中成本高的问题，以满足石油钻采设备的发展要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有合金材料不能同时满足焊接性能和抗压强度的问题，提供解决上述问题的用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％、微量元素之和≤1％；
步骤二、将Mn 、Ti 、Nb加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入Si、Cr、W、N、Cu、C，混合均匀，在750～800℃条件下保温10～15min后，以5～10℃/min的升温速度增加到1100～1200℃，保温2～3h后，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
上述各组分的质量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si 1.3％～1.5％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％。
优选地，所述C、Mn和Si之和的质量百分比小于2.5%，所述Ti、Nb、Cu、N、W和Cr之和的质量百分比在0.5％～0.7%之间。
通过上述设置，在提高Mn 、Si含量的情况下，依然能有效保证抗压强度。
优选地，所述C 0.20％，Mn 0.8％，Si 1.4％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
优选地，所述C 0.15％，Mn 0.9％，Si 1.3％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
优选地，所述C 0.15％，Mn 0.7％，Si 1.5％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在提高Mn 、Si含量的情况下，依然能有效保证焊接性能；
2、本发明成本低廉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％、微量元素之和≤1％；
步骤二、将Mn 、Ti 、Nb加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入Si、Cr、W、N、Cu、C，混合均匀，在750～800℃条件下保温10～15min后，以5～10℃/min的升温速度增加到1100～1200℃，保温2～3h后，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品。
本实施例中脱硫、脱氧、脱磷处理，以及淬火、回火处理工序均是现有技术，因此不再赘述。本发明中各组分的质量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si 1.3％～1.5％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％。具体组成成份如表1所示。
表1
根据上述组成成份比利的物质组成的钢材，进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2
通过上述表2的试验数据可知，本发明实例1-实例3中的屈强比均在0.9-1.2之间，且焊接后磁粉探伤通过率达到90%以上，因而该焊接性能和强度均能满足抗高压流体压力的作用。因而本发明的组成比例不仅仅能有效保证抗压强度，而且还能有效保证焊接性能，且本发明的成本更加低廉，效果十分显著。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，其特征在于，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％、微量元素之和≤1％；
步骤二、将Mn 、Ti 、Nb加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入Si、Cr、W、N、Cu、C，混合均匀，在750～800℃条件下保温10～15min后，以5～10℃/min的升温速度增加到1100～1200℃，保温2～3h后，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
上述各组分的质量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si 1.3％～1.5％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％。
2.根据权利要求1所述的用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，其特征在于，所述C、Mn和Si之和的质量百分比小于2.5%，所述Ti、Nb、Cu、N、W和Cr之和的质量百分比在0.5％～0.7%之间。
3.根据权利要求1所述的用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，其特征在于，所述C 0.20％，Mn 0.8％，Si 1.4％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，其特征在于，所述C 0.15％，Mn 0.9％，Si 1.3％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的用于石油钻采的抗高压流体压力的钢材制备方法，其特征在于，所述C 0.15％，Mn 0.7％，Si 1.5％，Ti 0.1％～0.2％，Nb 0.05％～0.1％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,W 0.01％～0.05％，Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。
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