CN110714166B - 一种合金钢及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种合金钢及其制备方法和用途。所述合金钢按组分质量分数包括：碳0.24‑0.29％，硅0.20‑0.35％，锰1.15‑1.35％，磷0‑0.012％，硫0‑0.010％，铬1.35‑1.45％，铌0.04‑0.08％，钼0.10‑0.18％，余量为铁和不可避免的杂质。所述制备方法包括：将配方量的各原料混合后进行冶炼浇铸，之后进行锻造、轧制和热处理，得到所述合金钢。本发明提供的合金钢通过提高铌和铬元素的含量，降低钼元素的含量，合金钢成本低廉，同时具有强度高、韧性好的优点。

Description

一种合金钢及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种合金钢及其制备方法和用途。
背景技术
合金钢中，除铁、碳外，还加入其他的合金元素，是一种在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
20世纪70年代以来，世界范围内合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。
进入80年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。在钢的化学成分-工艺-组织-性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合金设计。
非开挖钻杆制造工艺与石油钻杆存在着区别，石油钻杆螺纹为镀红铜，而非开挖钻杆螺纹采用QPQ盐浴氮化-氧化处理。一般市场所采用的钢钟往往具有能源消耗量大，不环保(如42MnMo7)，或者价格昂贵(27CrMo45)，又或工艺不稳定等因素(26CrMnMo)。
而且，由于非开挖钻杆热处理调质后螺纹部份必须经过QPQ盐浴氮化－氧化处理，而这工序需要一定的温度，这个温度最佳在530～550℃之间，太低盐不易溶化，同时活性也较低，太高盐浴成份易老化，而这个工艺温度就要求非开挖钻杆淬火后，其回火温度至少不能低于580℃，否则就会使钻杆螺纹氮化部位的性能下降，从而不能达到S135钢级的标准。
42MnMo7淬火后回火温度刚好在550℃左右，这样氮化后相当于二次回火，对其性能还是有一定的降低作用，同时此材质必须淬油(水淬易开裂)，消耗能源及造成污染相当严重。27CrMo45经淬火后回火温度在580℃左右，这样后继的氮化不会降低回火后的性能，但由于Mo元素的过多加入(同时钼元素较昂贵)，其生产成本较高。26CrMnMo经淬火后回火在540℃左右，经盐浴氮化后螺纹部份性能略有降低，造成性能整个管体有较大差异。
CN103820737A公开了一种非开挖钻杆用钢，其组成按质量百分比为：C：0.26～0.29％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.05～1.30％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cr：0.80～1.10％、Mo：0.20～0.25％、Ni≤0.10％、V：0.07～0.15％、Cu≤0.1％、As≤0.015％、Sn≤0.010％、Pb≤0.003％、Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。但是该方案得到的刚才成本太高，影响其市场竞争力。
CN108950426A公开了一种低碳低硼中铬合金钢及其制备方法，涉及合金钢技术领域。该方案的合金钢包括碳0.05-0.30％，硅1.0-3.0％，锰0.8-1.3％，磷＜0.04％，硫＜0.04％，铬3.5-7.9％，钛0-0.08％，镍0.3-2.0％，钼0.1-0.5％，硼0.03-0.25％，铝0.1-0.3％，铈0.5-1.5％，锡0.02-0.1％，钒0.3-1.0％，钨0.1-1％，铜0.05-0.3％，钽0.005-0.015％，钴0.05-0.15％，铌0.05-0.25％，余量为铁和不可避免的杂质。该方案同样存在着成本较高的问题，并且强度和韧性也有待进一步提高。
CN1715438A公开了抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：C：0.20～0.40wt％，Si：0.10～1.0wt％，Mn：0.10～1.5wt％，Cr：1.0～4.0wt％，Mo：0.10～1.0wt％，Al：0.01～0.10wt％，Cu：0.05～1.0wt％，Ni：0.05～1.0wt％，V：0.01～0.1wt％，其余为Fe和不可避免的杂质组成。必要时加入0.01～0.05wt％的Nb和0.01～0.10wt％的W元素，杂质元素的总量低于0.05wt％。该方案同样存在着成本较高的问题，并且强度和韧性也有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种合金钢及其制备方法和用途。本发明提供的合金钢成本低廉，同时具有强度高、韧性好的优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数包括：
碳 0.24-0.29％
硅 0.20-0.35％
锰 1.15-1.35％
磷 0-0.012％
硫 0-0.010％
铬 1.35-1.45％
铌 0.04-0.08％
钼 0.10-0.18％
余量为铁和不可避免的杂质。
本发明提供的合金钢中，碳的质量分数可以为0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％或0.29％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。硅的质量分数可以为0.20％、0.22％、0.24％、0.26％、0.28％、0.30％、0.33％或0.35％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。锰的质量分数可以为1.15％、1.17％、1.20％、1.23％、1.25％、1.28％、1.30％、1.32％或1.35％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。磷的质量分数可以为0、0.002％、0.004％、0.006％、0.008％、0.010％或0.012％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。硫的质量分数可以为0、0.002％、0.004％、0.006％、0.008％或0.010％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。铬的质量分数可以为1.35％、1.37％、1.39％、1.40％、1.41％、1.43％或1.45％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。铌的质量分数可以为0.04％、0.05％、0.06％、0.07％或0.08％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。钼的质量分数可以为0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％或0.18％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明提供的合金钢采用微量的Nb元素代替高含量的Mo、V元素，在有效地控制原材料成本的同时，实现高强度、高韧性，该合金钢特别适于钻杆的制备。
本发明提供的合金钢中不含钒和钛。
本发明提供的合金钢中，铌元素的作用在于：(1)当溶入奥氏体时显著提高钢的淬透性，细化晶粒并且能增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。微量的Nb(铌)元素可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度。由于有细化晶粒的作用，能提高钢的冲击韧性并降低其脆性转变温度。(2)铌元素在普通低合金钢中能提高屈服强度和冲击韧性，降低脆性转变温度有益焊接性能。在渗碳及调质合金结构钢中在增加淬透性的同时，提高钢的韧性和低温性能。(3)作为钻杆时，钻杆的接头常会采用两端加厚的形式，其加厚的温度均在1050-1200℃，这是因为加厚时变形抗力与加热温度有关，在变形速度一定的情况下，加热温度越低，其变形抗力则越大；所以加厚时的温度都很高，从而产生魏氏组织；魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织，它使钢的冲击韧性和塑性显著降低，并提高钢的脆性转折温度，使钢易发生脆性断裂；而铌元素的加入具有抗高温氧化性、耐蚀性、不仅能提高钢的淬透性，最主要地可以抑制加厚高温下魏氏组织大量的产生，从而细化晶粒提高加厚接头的冲击韧性、降低钢的脆性转变温度。
本发明提供的合金钢中，铬元素的作用在于：铬元素的适当增加不仅能提高材料的淬透性，更能加强产品整体表面的耐磨性而不使钢性变脆，可避免现场产品使用中因划痕或划道引起的疲劳失效。虽然，产品中加入一定的铬元素虽然能提高强度、硬度及耐磨性，但是其对冲击性能是不利的，当铬元素含量超过1.5％时，能显著提高钢的脆性转变温度，冲击功明显下降。因此，本发明中的铬含量过多过少都会产生不利效果。
本发明提供的合金钢中，降低钼的含量，通过采用微量的铌元素代替高含量钼、钒元素的方式，可确保产品不仅具备高强度，更具备高韧性，同时控制可原材料的成本。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述合金钢按组分质量分数包括：
碳 0.25-0.27％
硅 0.24-0.26％
锰 1.20-1.28％
磷 0-0.005％
硫 0-0.002％
铬 1.38-1.42％
铌 0.055-0.065％
钼 0.12-0.16％
余量为铁和不可避免的杂质。
采用上述组分配比可以更好第提升产品性能。
作为本发明优选的技术方案，所述合金钢按组分质量分数包括：
碳 0.26％
硅 0.25％
锰 1.25％
铬 1.40％
铌 0.06％
钼 0.14％
余量为铁和不可避免的杂质。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述合金钢的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将配方量的各原料混合后进行冶炼浇铸，之后进行锻造、轧制和热处理，得到所述合金钢。
本发明中，合金钢各组分的原料可以是用现有技术中的相应元素原料，例如使用各组分元素本身的单质作为原料，但是原料中可能不可避免地会带有微量杂质。合金钢各组分的原料可以通过市售得到。
作为本发明优选的技术方案，所述锻造的始锻温度为1240-1260℃，例如1240℃、1245℃、1250℃、1255℃或1260℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述锻造在始锻温度下的保温时间为110-140min，例如110min、120min、130min或140min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述锻造的终锻温度高于950℃，例如951℃、960℃、970℃或980℃等。
作为本发明优选的技术方案，所述轧制的加热温度为1240-1260℃，例如1240℃、1245℃、1250℃、1255℃或1260℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述轧制的保温时间为1.5-2.5h，例如1.5h、1.7h、2h、2.3h或2.5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述轧制的终轧温度为940-960℃，例如940℃、945℃、950℃、955℃或960℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述轧制的冷却方法为空冷。
作为本发明优选的技术方案，所述热处理的方法为先加热热处理，之后淬火，再进行回火。
作为本发明优选的技术方案，所述加热热处理的温度为890-910℃，例如890℃、895℃、900℃、905℃或910℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，如果加热热处理的温度过高，会导致晶料粗大，更容易产生魏氏组织(W)；魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织，它使钢的冲击韧性和塑性显著降低，并提高钢的脆性转折温度，使钢易发生脆性断裂；如果加热热处理的温度过低，会导致奥氏体化不充分和不均匀，或者称为组织偏析，由于不同组织的比容也不同，所以组织偏析会造成大的内应力发生，从而导致产品变形或开裂。
优选地，所述加热热处理的时间为25-35min，例如25min、27min、30min、32min或35min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述淬火的方法为水淬。
优选地，所述回火的温度为550-630℃，例如550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃或630℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为580-630℃。本发明中，如果回火的温度过高，会导致产品的硬度、强度越低，从而降低工件的耐磨性或使用寿命；如果回火的温度过低，会导产品的塑性、韧性越低，从而会使工件在使用的过程中易产生脆性断裂。
优选地，所述回火的时间为55-65min，例如55min、57min、60min、63min或65min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的合金钢的用途，所述合金钢用于钻杆的制备。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的合金钢通过提高铌和铬元素的含量，降低钼元素的含量，合金钢成本低廉，同时具有强度高、韧性好的优点；尤其是适当含量的铌元素，不仅抑制奥氏体晶粒的长大、细化晶粒、提高强度、塑性和韧性，更能使晶粒粗化温度提高到1050℃以上，使得本发明提供的合金钢更加适用于钻杆的制备。本发明提供的合金钢其Rt0.7(规定总延伸强度)可达1090MPa，Rm(抗拉强度)可达1205MPa，A50.8mm(伸长率)可达19.75％，纵向冲击韧性可达152.7Akv/J，横向冲击韧性可达132Akv/J。
(2)本发明提供的制备方法流程短，操作简单，适于产业化大规模生产，通过操作参数的调整可以在一定程度上调整合金钢的性能。
附图说明
图1a为本发明实施例1制备的合金钢中心的200x放大金相图；
图1b为本发明实施例1制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图；
图1c为本发明实施例1制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图；
图1d为本发明实施例1制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图；
图1e为本发明实施例1步骤(3)得到的轧制锭中心的200x放大扫描金相图；
图1f为本发明实施例1步骤(3)得到的轧制锭中心的500x放大扫描金相图；
图1g为本发明实施例1步骤(3)得到的轧制锭外壁的200x放大扫描金相图；
图1h为本发明实施例1步骤(3)得到的轧制锭外壁的500x放大扫描金相图；
图2a为本发明实施例2制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图；
图2b为本发明实施例2制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图；
图2c为本发明实施例2制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图；
图2d为本发明实施例2制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图；
图3a为本发明实施例4制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图；
图3b为本发明实施例4制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图；
图3c为本发明实施例4制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图；
图3d为本发明实施例4制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图；
图4a为本发明实施例5制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图；
图4b为本发明实施例5制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图；
图4c为本发明实施例5制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图；
图4d为本发明实施例5制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.27％，硅 0.24％，锰 1.28％，磷 0.005％，硫 0.002％，铬 1.42％，铌0.055％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其具体方法为：
(1)将配方量的各元素的原料混合后进行冶炼浇铸，得到铸锭。
(2)将步骤(1)所述铸锭在1250℃的始锻温度下保温120min进行锻造，终锻温度为955℃，得到煅造件，所述锻造锭质量为50kg，长宽高分别为300mm、120mm和120mm。所述锻造连冒口一起锻造，锻后冒口须完全切除，锻坯上无裂纹、缩孔等缺陷；锻坯的编号必须和铸锭的编号相同，字迹要清晰；保证一定的变形量，锻合缩孔，锻造尺寸。
(3)将步骤(2)所述煅造锭在1250℃的加热温度下保温2h进行轧制，终轧温度为950℃，空冷，轧制5道次，120-85-60-44-30-20mm，终轧厚度为20mm，得到轧制锭。
(4)将步骤(3)所述轧制锭在900℃下加热热处理30min，之后水淬，再550℃回火60min，得到所述合金钢。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
图1a为本实施例制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体。
图1b为实施例制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体。
图1c为本实施例制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体+少量铁素体。
图1d为本实施例制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体+少量铁素体。
图1e为本实施例步骤(3)得到的轧制锭中心的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：珠光体+粒状贝氏体。
图1f为本实施例步骤(3)得到的轧制锭中心的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：珠光体+粒状贝氏体。
图1g为本实施例步骤(3)得到的轧制锭外壁的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：珠光体+粒状贝氏体。
图1h为本实施例步骤(3)得到的轧制锭外壁的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：珠光体+粒状贝氏体。
实施例2
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其除了步骤(4)中回火的温度为580℃之外，其他方面均与实施例1的方法相同。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
图2a为本实施例制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且组织分布均匀。
图2b为实施例制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且组织分布均匀。
图2c为本实施例制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且组织分布均匀。
图2d为本实施例制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且组织分布均匀。
实施例3
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其除了步骤(4)中回火的温度为600℃之外，其他方面均与实施例1的方法相同。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例4
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其除了步骤(4)中回火的温度为610℃之外，其他方面均与实施例1的方法相同。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
图3a为本实施例制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图3b为实施例制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图3c为本实施例制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图3d为本实施例制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
实施例5
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其除了步骤(4)中回火的温度为630℃之外，其他方面均与实施例1的方法相同。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
图4a为本实施例制备的合金钢中心的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图4b为实施例制备的合金钢中心的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图4c为本实施例制备的合金钢外壁的200x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
图4d为本实施例制备的合金钢外壁的500x放大扫描金相图，由该图可以看出基体组织为：回火索氏体且有一定的位向。
实施例6
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其具体方法为：
(1)将配方量的各元素的原料混合后进行冶炼浇铸，得到铸锭。
(2)将步骤(1)所述铸锭在1240℃的始锻温度下保温110min进行锻造，终锻温度为960℃，得到煅造件，所述锻造锭质量为50kg，长宽高分别为300mm、120mm和120mm。所述锻造连冒口一起锻造，锻后冒口须完全切除，锻坯上无裂纹、缩孔等缺陷；锻坯的编号必须和铸锭的编号相同，字迹要清晰；保证一定的变形量，锻合缩孔，锻造尺寸。
(3)将步骤(2)所述煅造锭在1240℃的加热温度下保温1.5h进行轧制，终轧温度为940℃，空冷，轧制5道次，120-85-60-44-30-20mm，终轧厚度为20mm，得到轧制锭。
(4)将步骤(3)所述轧制锭在890℃下加热热处理30min，之后水淬，再580℃回火55min，得到所述合金钢。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例7
本实施例提供的合金钢按组分种类和各组分质量分数与实施例1相同。
本实施例还提供一种该合金钢的制备方法，其具体方法为：
(1)将配方量的各元素原料混合后进行冶炼浇铸，得到铸锭。
(2)将步骤(1)所述铸锭在1260℃的始锻温度下保温140min进行锻造，终锻温度为960℃，得到煅造件，所述锻造锭质量为50kg，长宽高分别为300mm、120mm和120mm。所述锻造连冒口一起锻造，锻后冒口须完全切除，锻坯上无裂纹、缩孔等缺陷；锻坯的编号必须和铸锭的编号相同，字迹要清晰；保证一定的变形量，锻合缩孔，锻造尺寸。
(3)将步骤(2)所述煅造锭在1260℃的加热温度下保温2.5h进行轧制，终轧温度为960℃，空冷，轧制5道次，120-85-60-44-30-20mm，终轧厚度为20mm，得到轧制锭。
(4)将步骤(3)所述轧制锭在910℃下加热热处理35min，之后水淬，再630℃回火65min，得到所述合金钢。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例8
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.24％，硅 0.20％，锰 1.15％，铬 1.35％，铌 0.04％，钼 0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例9
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.29％，硅 0.35％，锰 1.35％，磷 0.012％，硫 0.010％，铬 1.45％，铌0.08％，钼 0.18％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例10
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.25％，硅 0.26％，锰 1.20％，磷 0.005％，硫 0.002％，铬 1.38％，铌0.065％，钼 0.12％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例11
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，磷 0.002％，硫 0.001％，铬 1.40％，铌0.06％，钼 0.16％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
实施例12
本实施例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.40％，铌 0.06％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本实施例提供的合金钢的测试结果见表1。
对比例1
本对比例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.40％，铌 0.01％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本对比例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本对比例提供的合金钢的测试结果见表1。
对比例2
本对比例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.40％，铌 0.12％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本对比例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本对比例提供的合金钢的测试结果见表1。
对比例3
本对比例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.10％，铌 0.06％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本对比例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本对比例提供的合金钢的测试结果见表1。
对比例4
本对比例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.60％，铌 0.06％，钼 0.14％，余量为铁和不可避免的杂质。
本对比例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本对比例提供的合金钢的测试结果见表1。
对比例5
本对比例提供一种合金钢，所述合金钢按组分质量分数为：
碳 0.26％，硅 0.25％，锰 1.25％，铬 1.40％，钒 0.15％，钼 0.25％，余量为铁和不可避免的杂质。
本对比例提供的合金钢的制备方法参照实施例2。
本对比例提供的合金钢的测试结果见表1。
测试方法：
对各实施例和对比例提供的合金钢按照API Spec 5DP标准的方法，测试其①拉伸性能，包括：Rt0.7(规定总延伸强度)，Rm(抗拉强度)和A50.8mm(伸长率)，②冲击韧性，包括纵向和横向。
测试结果如下表所示：
表1
Figure BDA0002271787220000181
综合上述实施例和对比例可知，实施例2和实施例3满足S135钢级要求，但是实施例3的力学性能有所偏低，实施例2的回火温度则更为合理，使产品不仅具有高强度、更兼有高韧性；与常规材料26CrMo-1\27CrMoV在力学性能等同的情况下，其韧性冲击值提高了30-50J。实施例4满足Q125钢级要求，实施例5满足G105、P110钢级要求。本发明提供的钢种的淬透壁厚预计在25-30mm范围。实施例1的回火温度偏低，导致其虽然总拉伸强度和抗拉强度较高，但是在冲击韧性上相比于实施例2-5有所下降。
总体来看，各实施例提供的合金钢均具有成本低，强度高，韧性好的特点，特别适于制备钻杆。
对比例1提供的合金钢中铌的含量过低，导致强度偏低、塑性、韧性也普遍降低，满足不了标准S钢级的性能要求。
对比例2提供的合金钢中铌的含量过高，导致不仅成本的上升，且强度偏高，而塑性和韧性反而降低。
对比例3提供的合金钢中铬的含量过低，导致强度偏低、塑性、韧性也普遍降低，勉强满足标准S钢级的性能要求。
对比例4提供的合金钢中铬的含量过高，导致虽然能提高强度、硬度及耐磨性，但塑性、韧性明显下降。
对比例5提供的合金钢中，不含有铌，且钼的含量过高，导致抗高温氧化性差，成本有所提升，强度、塑性、韧性普遍降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (11)

1.一种合金钢的制备方法，其特征在于，所述合金钢按组分质量分数为：
碳0.25-0.27％
硅0.24-0.26％
锰1.20-1.28％
磷0-0.005％
硫0-0.002％
铬1.38-1.42％
铌0.055-0.065％
钼0.12-0.16％
余量为铁和不可避免的杂质；
所述合金钢由如下方法制备得到，所述的制备方法由以下步骤组成：
将配方量的各原料混合后进行冶炼浇铸，之后进行锻造、轧制和热处理，得到所述合金钢；
所述热处理的方法为先加热热处理，之后淬火，再进行回火，所述回火的温度为580℃；
所述轧制的加热温度为1240-1260℃；
所述轧制的保温时间为1.5-2.5h；
所述轧制的终轧温度为940-960℃；
所述轧制的冷却方法为空冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金钢按组分质量分数为：
碳0.26％
硅0.25％
锰1.25％
铬1.40％
铌0.06％
钼0.14％
余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锻造的始锻温度为1240-1260℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锻造在始锻温度下的保温时间为110-140min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锻造的终锻温度高于950℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热热处理的温度为890-910℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热热处理的时间为25-35min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火的方法为水淬。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回火的时间为55-65min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将配方量的各原料混合后进行冶炼浇铸，之后进行锻造，轧制和热处理，得到所述合金钢；
所述锻造的始锻温度为1240-1260℃，保温时间为110-140min，终锻温度高于950℃；
所述轧制的加热温度为1240-1260℃，保温时间为1.5-2.5h，终轧温度为940-960℃，冷却方法为空冷；
所述热处理的方法为890-910℃加热热处理25-35min，水淬，580℃回火55-65min。
11.一种根据权利要求1-10任一项所述的方法制备的合金钢的用途，其特征在于，所述合金钢用于钻杆的制备。
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