CN1127798A - 非调质合金结构钢及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种非调质合金结构钢及制造工艺，用于制造各种抽油杆及机械部件，该非调质合金结构钢化学成分配比(按重量百分比)如下：
C0.27-0.35，Si0.90-1.20，Mn1.20-1.5，V0.10-0.20，P、S≤0.035，Cr、Ni、Cu≤0.03其余为Fe。该合金结构钢及制造工艺所生产的抽油杆具有金相组织均匀、性能稳定、高韧性、高强度、生产工艺简单、使用寿命长等优点，比调质钢制成的抽油杆钢省去热处理工艺，因此成本比调质钢降低900元/t。

Description

非调质合金结构钢及制造工艺
本发明属于合金钢及其制造工艺领域，特别涉及一种合金结构钢30SiMnV及其制造工艺，用于制造各种D级抽油杆或机械部件。
目前，石油钻井用高强度抽油杆通常采用20CrMo，或35CrMo等+优质合金结构钢，经淬火—-高温回火的调质处理和机加工过程制作而成。为降低生产成本，中国专利90104471.7公开了一种抽油杆用钢及工艺，该方法是用40Mn2Nb钢调质处理后产生高强度抽油杆。但40Mn2Nb调质处理过程中同以往回火等调质工艺一样要消耗大量能源。
目前，为解决耗能大的问题，非调质钢是节能的方向。而国内外还没有成熟的钢种，都在研究阶段。中国专利92102405.3公开了一种非调质高强度抽油杆钢，这种钢省去热处理降低成本。其化学成分：C0.10-0.20％；Mn2.00-3.00％；Si0.40-1.40％；Cr0.40-1.+10％；V0.05-0.20％； Mo0.15-0.35％。但这种钢含碳量低、硬度大、加工困难、锻造冷却时容易产生裂纹。在国际上，非调质钢也处在研制阶段，没有正式列入合金结构钢标准。
本发明的目的是为了解决上述存在的问题，提供一种金相组织均匀、性能稳定、使用寿命长，并可省去热处理工艺抽油杆用的合金结构钢。
本发明的非调质合金结构钢的化学成分配比(按重量百分比)如下：C0.27-0.35    Si0.90-1.20   Mn1.20-1.5
V0.10-0.20    P、S≤0.035  Cr、Ni、Cu≤0.03
其余为铁Fe
本发明非调质合金结构钢的制造工艺是按给出的化学成分配比进行配料—冶炼—-铸锭—-开坯—产材。
冶炼工序中在钢水出炉前向钢液中加Fe-V和Al，使其含量为AL0.03-0.05％，V0.10-0.20％。
轧制工序中要控制轧材的终轧温度≥900℃，控制轧材冷却速度70℃/分。
采用上述配比和工艺，为制造抽油杆提供了一种新型材料，我们将其命名为：30SiMnV，为了充分阐述本发明的技术方案，现将各成分功能和选择范围的理由及制造工艺措施的制定说明如下：
碳(C)，调整钢中铁素体∶株光体＝3∶7比例，保证钢的强度及塑性，选择范围为C0.27-0.35％。
硅(Si)锰(Mn)，起到固溶强化作用提高钢的强度，特别是强化铁素体强度，选择范围为Si0.90-1.20％；Mn1.20-1.50％。
矾(V)，起到弥散强化作用：通过生成第三相质点V(C.N)，防止滑移的产生，增强钢的强度；另一个作用：V、N细化晶粒度，增加钢的强度和韧性，防止加热晶粒粗化性能变坏，选择范围为V0.10-0.20％。
硫(S)和磷(P)为有害元素，控制在≤0.035％。
铜(Cu)、铬(Cr)和镍(Ni)为杂质，含量控制在≤0.030％以下，其余为铁Fe。
本发明的非调质合金结构钢之所以能达到材质成本低和加工成本低的双重效果，其特点是化学成分配比是以C为主，属于中碳钢，工艺中的突出特点是：
1.冶炼工序中控制脱氧择Al量，使钢中AL量达0.03-0.05％与V同时有效，双重控制钢的晶粒度，V控制实际晶粒度，AL控制体度晶粒度，通过晶粒度细化，又可以提高钢的强度和韧性。
2.采用先开坯再成材二次成材工艺。控制轧材的终轧温度≥900℃通过恢复再结晶，得到以V(C.N)为核心的细化组织，保证钢的性能。
3.控制轧材冷却速度70℃/分，得到细化组织，提高强度和韧性。
通过上述配方和工艺的结合，使该发明的合金结构钢满足D级抽杆的国家标准其性能达到：抗拉强度σb≥800mpa/mm2，屈服强度σa≥620mPa/mm2，延伸率δ5≥10％，断面收缩率ψ≥45％，冲击值AK≥60.8J/cm2，详见表1D级抽油杆性能要求。
本发明的非调质和金结构钢已生产2种产品，一种是D级抽油杆，在实验室中作了疲劳实验54Kg/mm2应力条件达到2×106次，制成的D级抽油杆已分别下井实验达2年之久，至今没有发现任何问题；另种是采油用的光杆∮32、∮28、∮25三个规格29炉340余吨产品已下井实验达一年半之久，至今没有发现任何问题，总之用非调质钢制造抽油杆工艺简单，省去热处理降低了成本900元/t，而且抽油杆使用寿命长，是一种抽油杆制造业工艺上创新。
本发明实施例：本发明的化学成分配比(按重量百分比)如下：
C0.27-0.35    Si0.90-1.20    Mn1.20-1.5
V0.10-0.20    P、S≤0.035  Cr、Ni、Cu≤0.03
其余为铁Fe。
按此配比给出的化学成分进行实际配料，然后在70.5吨电弧炉上进行冶炼，在出炉前向钢液中加入Fe-V和Al，使钢中V含量达到0.01-0.02％，Al量达0.03-0.05％，将每炉钢液铸成钢锭，各重600Kg，再将钢锭加热到1220℃后，在650轧机上开坯成∮70-90圆坯，冷却到10℃，然后再加热到1180℃，在400-250轧机上轧制，终轧温度≥900℃，轧材冷却速度70℃/分，即锻成∮32、∮ 28、∮25圆钢，然后加工成抽油杆。
             D级抽油杆性能要求
抗拉强度σb≥794mpa/mm2，屈服强度σa≥620/mm2，延伸率δ200≥10％，断面收缩率φ≥45％，冲击值AK≥60.8J/cm2

Claims (3)

1.一种非调质合金结构钢，其特征在于化学成分配比(按重量百分比)如下：
C0.27-0.35    Si0.90-1.20    Mn1.20-1.5
V0.10-0.20    P、S≤0.035  Cr、Ni、Cu≤0.03
其余为Fe。
2.一种制造非调质合金结构钢的工艺，是按权利要求1给出的化学成分配比进行配料—-冶炼—-铸锭—-开坯—-产材，其特征在于：冶炼工序中在钢水出炉前向钢液中加Fe-V和Al，使其含量为：AL0.03-0.05％，V0.10-0.20％。
3.根据权利要求2所述非调质合金结构钢的工艺，其特征在于：轧制工序中要控制轧材的终轧温度≥900℃，控制轧材冷却速度70℃/分。
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