CN106498305A - 一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.43‑0.48％、Si 0.15‑0.35％、Mn 0.75‑1.10％、P≤0.030％、S≤0.025％、Cr 0.80‑1.30％、Mo 0.15‑0.25％、B 0.0006‑0.0040％，Ti0.011‑0.038％,其余为铁和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，本发明提供的石油钻具用合金结构钢，可用于制造原料圆钢直径≥Φ190mm的钻艇、加重钻杆等的石油钻具，在保证产品质量的前提下，减少钢中昂贵的Mo元素含量，降低了生产成本、提高了产品的市场竞争力，并且节约了贵重金属资源，有利于合金资源的均衡使用。

Description

一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢

技术领域

本发明属于合金结构钢领域，具体涉及一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢。

背景技术

钻艇、加重钻杆用钢在石油天然气工程中用于制造油田钻井工具,其在使用中要承受强拉、强扭、冲击、振动、旋转等复合作用,使用条件十分苛刻。因此,要求钻艇用钢具有良好的力学性能、高的淬透性、较高的致密度及钢质纯净度。

目前此类石油钻具一般用美国标准4145H钢制造，美国材料与试验协会标准ASTM_A29/A29M中4145H钢的化学成分(重量百分比)为：C0.43-0.48％、Si0.15-0.35％、Mn0.75-1.00％、P≤0.035％、S≤0.040％、Cr0.80-1.10％、Mo0.15-0.25％，其余为铁和杂质元素。美国钢铁协会标准AISI中4145H钢的化学成分(重量百分比)为：C0.42-0.49％、Si0.15-0.35％、Mn0.65-1.10％、P≤0.035％、S≤0.040％、Cr0.75-1.20％、Mo0.15-0.25％，其余为铁和杂质元素。

目前石油钻具制造厂在生产大规格钻具(原料圆钢直径≥Φ190mm)时,为了保证钢的淬透性和产品的性能与质量，将Mo含量提高至0.30-0.40％。Mo是昂贵的合金元素，在保证石油钻具性能和使用质量的前提下，少加Mo对于降低产品的生产成本、提高产品的市场竞争力和节约贵重金属资源具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，通过调控合金结构钢中各元素的用量比，使合金结构钢可用于制造原料圆钢直径≥Φ190mm的钻艇、加重钻杆等的石油钻具，在保证产品质量的前提下，减少钢中Mo元素加入量，降低了生产成本。

本发明提供的一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.75-1.10％、P≤0.030％、S≤0.025％、Cr0.80-1.30％、Mo 0.15-0.25％、B 0.0006-0.0040％，Ti 0.011-0.038％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

优选的，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.85-1.08％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr0.95-1.05％、Mo 0.18-0.23％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

优选的，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.95-1.05％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr1.21-1.28％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

优选的，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 1.06-1.10％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr0.95-1.05％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

本发明中，各元素的含量及作用如下:

碳是钢中提高淬透性和淬透硬性的重要元素，本发明中控制碳含量范围是0.43-0.48％，过低则会降低强度和硬度，过高则会降低塑性和韧性，增加工件淬火开裂倾向。

硅在钢中主要以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，能提高钢的强度，

也是炼钢的脱氧元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性。故控制在0.15-0.35％。

锰和铬也都是提高淬透性的重要元素，本发明中控制锰含量范围是0.75-1.10％，控制铬含量范围是0.80-1.30％。

硫、磷是钢中形成夹杂物的有害元素，所以应加以控制，本技术方案最低要求P≤0.030％、S≤0.025％。

硼是我国较富有的一种元素，它的突出作用是微量B就可以成倍增加钢的淬透性。对于钻具钢而言，增加钢的淬透性具有重要的意义，通过相变强化可以使钻具获得较高的强度和韧性。廉价的硼代替昂贵的铬可显著降低成本。硼主要是在奥氏体晶界的偏聚，使奥氏体分解时新相在奥氏体晶界处形核发生困难，造成奥氏体分解的孕育期加长，提高淬透性。而硼的性质较为活泼，易与钢中的氮形成BN化合物，BN相属无效硼，在化学分析中称酸不溶硼，没有提高淬透性的作用。另加B钢裂纹敏感性较强，在连铸冷却过程中，B与N结合形成BN，在奥氏体晶界析出，易引起晶界脆化，引发热裂纹，热裂纹被氧化皮盖住不易被发现，造成成品圆钢上出现表面翘皮缺陷。

加入微量钛可固定钢中N，使得钢中有效硼的含量增加，从而更有效地发挥硼合合金化的作用，提高钢强韧性，同时，可避免BN引起的连铸坯裂纹，消除硼合金化圆钢表面翘皮缺陷。

本发明用于但不限于制造大规格钻艇、加重钻杆(原料圆钢直径≥Φ190mm)。

与现有技术相比，本发明提供的石油钻具用合金结构钢，可用于制造原料圆钢直径≥Φ190mm的钻艇、加重钻杆等的石油钻具，在保证产品质量的前提下，减少钢中昂贵的Mo元素含量，降低了生产成本、提高了产品的市场竞争力，并且节约了贵重金属资源，有利于合金资源的均衡使用。加工的钻具产品按API7-1标准检验，布氏硬度HBW≥285，常温冲击功AKV≥54J,屈服强度,689MPa，抗拉强度≥931MPa，4倍直径标距伸长率≥13％，质量完全符合API7-1标准要求，且使用效果与加Mo较高的现有钻具的相当，甚至更优。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1-5分别与对比例1的化学成分见表1(熔炼分析，其余为Fe和不可避免的杂质元素)。

表1

实施例1-5分别与对比例1钢制成的钻具的力学性能(按API7-1标准检验)见表2。

表2

实施例1-5分别与对比例1比较可见，实施例1-5制成的钻具的力学性能和使用情况与比例1的相当，甚至更优。

Claims (4)

1.一种用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，其特征在于，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢含有以下重量百分比的成分：C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn0.75-1.10％、P≤0.030％、S≤0.025％、Cr 0.80-1.30％、Mo 0.15-0.25％、B 0.0006-0.0040％，Ti0.011-0.038％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，其特征在于，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.85-1.08％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr0.95-1.05％、Mo 0.18-0.23％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，其特征在于，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.95-1.05％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr1.21-1.28％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。

4.根据权利要求1所述的用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，其特征在于，所述用于制造大规格石油钻具的合金结构钢，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 1.06-1.10％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr0.95-1.05％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余为铁和不可避免的杂质元素。