一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及吊環(huán)生產【技術領域】，具體涉及一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，該生產方法的步驟包括：電弧爐冶煉、真空精煉、電渣重熔、加熱、鍛造及鍛后熱處理工藝，該生產方法采用的原材料為Cr2Ni4型高合金鋼，在其中添加Mo、V合金元素，并控制各個組分的比例為：C為0.18～0.23%，Si為0.20～0.50%，Mn為0.30～0.60%，Ni為3.25～3.65%，Cr為1.25～1.65%，Mo為0.05～0.20%，V為0.02～0.10%，S≤0.015%，P≤0.025%；所述鍛造采用油壓機拔方鍛造，鍛造后利用鍛造余熱進行正火。本發(fā)明提供了一種在低溫條件使用的提高安全性和可靠性的低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法。
【專利說明】-種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及吊環(huán)生產【技術領域】，具體涉及一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方 法。

【背景技術】
[0002] 隨著全球經濟的快速發(fā)展和能源的持續(xù)緊張，國內外油價飛漲及石油需求量不斷 攀升，石油緊缺局面已迫在眉睫。為勘探更多的石油，石油鉆采行業(yè)紛紛把目光轉向極低 溫、沙漠、海上、沼澤地、山地等惡劣環(huán)境，這就對石油鉆采裝備提出了更高要求，尤其是鉆 機提升系統(tǒng)受力的關鍵件-吊環(huán)，吊環(huán)性能的好壞、安全可靠與否直接關系到鉆井設備的 使用。
[0003] 目前，由于吊環(huán)材料成分設計不合理、鍛造壓實技術差等原因，國內外常用的吊環(huán) 材料性能極不穩(wěn)定，尤其是屈服強度、低溫沖擊韌性不能同時滿足RpO. 2 > 1180MPa、Akv (_20°C )彡42J、Akv (_45°C )彡27J要求，導致很難滿足鉆機設備安全系數2. 75?3. 0之 間的要求，最終影響了鉆機設備在低溫條件下使用的安全性與可靠性。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術中的不足提供一種在低溫條件使用的提高 安全性和可靠性的低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，該生 產方法的步驟包括：電弧爐冶煉、真空精煉、電渣重熔、加熱、鍛造及鍛后熱處理工藝，該生 產方法采用的原材料為Cr2Ni4型高合金鋼，在其中添加 Mo、V合金元素，并控制各個組分的 比例為：C 為 0· 18 ?0· 23%，Si 為 0· 20 ?(λ 50%，Mn 為 0· 30 ?0· 60%，Ni 為 3. 25 ?3. 65%， Cr 為 1. 25 ?1. 65%，Mo 為 0· 05 ?0· 20%，V 為 0· 02 ?0· 10%，S 彡 0· 015%，P 彡 0· 025% ;所 述鍛造采用油壓機拔方鍛造，鍛造后利用鍛造余熱進行正火。
[0006] 在油壓機上鍛造時采用上、下平砧，控制砧寬比0. 5-0. 68,料寬比0. 8-1. 25,單邊 壓下量10%-13%，同時采用180° -90°翻轉，要求搭砧量10%-15%，最終使內部組織均勻致 LU O
[0007] 鍛后利用鍛造余熱正火，即鍛件在終鍛溫度> 850°C下直接進行空冷，使晶粒細 化。
[0008] 本發(fā)明的技術方案產生的積極效果如下：采用Cr2Ni4型高合金鋼，并添加一定比 例的Mo、V等合金元素細化晶粒、提高和穩(wěn)定性能；上述原料經真空精煉、電渣重熔兩次精 煉，獲得較高的純凈度；將電渣錠加熱至鍛造溫度，并在此溫度下保溫一定時間，使成分與 組織充分均勻化，然后采用油壓機拔方+精鍛機成型的方式進行鍛造，提高鋼的鍛透性、壓 實性及致密性；鍛后采用余熱正火+回火，達到細化晶粒、改善內部組織和消除鍛造應力的 目的。
[0009] 本發(fā)明通過重新優(yōu)化設計化學成分以及油壓機拔方鍛造生產出低溫高強高韌吊 環(huán)材料，提高了吊環(huán)的使用壽命，通過鍛后利用鍛造余熱正火，有效降低生產成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的鍛后熱處理工藝流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的試料熱處理工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0012] 一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，選用吊環(huán)鋼種為20Cr2Ni4,經選料-精 煉-電渣-鍛造-鍛后熱處理而成。
[0013] 選料后采用EAF+LF+VD精煉方式，爐料由二級及二級以上廢鋼、生鐵、返回鋼料頭 等組成，EAF氧化后出鋼，包中預脫氧及部分合金化，進行LF吹氬精煉，白渣保持時間> 20 分鐘，脫氣前按內控成分調整成分，進行VD真空脫氣，在< 0. 5乇保持時間> 25分鐘，出 鋼前吹氬弱攪拌時間> 12min，出鋼鎮(zhèn)靜后采用氬氣保護澆注，電極坯脫模后熱送電渣重 熔，電渣錠脫模后過冷至450?500°C罩冷，表面清理后下轉鍛造，冶煉化學成分為：C為 0· 17 ?0· 23%，Si 為 0· 17 ?0· 37%，Mn 為 0· 30 ?0· 60%，Ni 為 3. 25 ?3. 65%，Cr 為 L 25 ? 1. 65%，Mo 為 0· 05 ?0· 20%，V 為 0· 02 ?0· 10%，S 彡 0· 015%，P 彡 0· 025%。
[0014] 電渣錠放入車底式燃氣爐中加熱，加熱爐溫度為1230±30°c，保溫時間4?8h，始 鍛溫度1180?900°C，終鍛溫度> 850°C，在鍛造過程中：首先采用油壓機拔方鍛造，選擇砧 寬比為0. 5?0. 68之間的送進量，壓下量控制在20%?25%，倒棱后返爐保溫2?3h，爐溫 降低至1150°C，出爐后采用1800T精鍛機鍛造，每一道次下錘量控制變形量為60?75mm。
[0015] 鍛后采用余熱正火+回火工藝方式進行，如圖1所示，鍛后利用鍛造余熱正火空 冷，以達到細化晶粒的目的，當件溫冷至280?320°C之間時，入爐待料保溫，使殘余奧氏體 充分轉變，升至650?700°C均保溫后緩冷，保溫時間為4?6h/100mm，改善內部組織、消除 鍛造應力和擴氫。
[0016] 同一冶煉爐任抽一支鍛件在冒口端去除影響區(qū)后，截取一段直徑Φ 250試料，重 新加熱至鍛造溫度后在空氣錘上改鍛成Φ 120 X 400試料一塊，進行整體熱處理，如圖2所 示，先進行正火+回火，用以細化晶粒及均勻組織，為淬火做好準備。正火900?940°C，保 溫2?3h/100mm，空冷，回火650?690°C，保溫4?6h/100mm，空冷；淬火880?920°C， 保溫2?3h/100mm，水冷，使工件心部達到規(guī)定溫度、完成奧氏體轉變并使其均勻化，獲得 馬氏體組織；最后低溫回火150?250°C，保溫4?6h/100mm空冷，獲得細小均勻的回火馬 氏體組織，力學性能滿足使用的高強度極限和低溫沖擊韌性的要求。
[0017] 對20Cr2Ni4吊環(huán)材料與20SiMn2MoVA吊環(huán)材料按照ASTM A370測試標準進行力 學性能測試，結果如下表1。通過上述化學成分設計、鍛造工藝設計及熱處理工藝設計得到 的吊環(huán)材料20Cr2Ni4,其力學性能已滿足石油鉆井設備先進水平的要求，并且提高了吊環(huán) 的使用壽命，且有效降低了生產成本。
[0018] 表1力學性能測試數據

【權利要求】
1. 一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，該生產方法的步驟包括：電弧爐冶煉、真 空精煉、電渣重熔、加熱、鍛造及鍛后熱處理工藝，其特征在于：該生產方法采用的原材料為 Cr2Ni4型高合金鋼，在其中添加Mo、V合金元素，并控制各個組分的比例為：C為0. 18? 0? 23%，Si 為 0? 20 ?0? 50%，Mn 為 0? 30 ?0? 60%，Ni 為 3. 25 ?3. 65%，Cr 為 L 25 ?L 65%， Mo為0. 05?0. 20%，V為0. 02?0. 10%，S彡0. 015%，P彡0. 025% ;所述鍛造采用油壓機拔 方鍛造，鍛造后利用鍛造余熱進行正火。
2. 根據權利要求1所述的一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，其特征在于：在 油壓機上鍛造時采用上、下平砧，控制砧寬比0. 5-0. 68,料寬比0. 8-1. 25,單邊壓下量 10%-13%，同時采用180° -90°翻轉，要求搭砧量10%-15%，最終使內部組織均勻致密。
3. 根據權利要求1所述的一種低溫高強高韌吊環(huán)用鋼的生產方法，其特征在于：鍛后 利用鍛造余熱正火，即鍛件在終鍛溫度> 850°C下直接進行空冷，使晶粒細化。
【文檔編號】C22C33/04GK104313449SQ201410510038
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王子君, 李守杰, 王學璽, 高全德, 曹啟航, 高英麗, 孟令賢 申請人:中原特鋼股份有限公司