一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，其特征在于：该结构钢采用以下质量份数材料炼制而成：碳（C）0.22～0.31、硅（Si）0.15～0.30、锰（Mn）0.45～0.85、铬（Cr）1.10～1.40、钼（Mo）0.45～0.75、镍（Ni）≤0.25、铜（Cu）≤0.25、硫（S）≤0.005、磷（P）≤0.015、钒（V）0.02～0.10、钛（Ti）≤0.01、铌（Nb）0.02～0.05、硼（B）0.001～0.003，余量为铁。采用本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，热处理工艺风险小、废品率极低；热处理性能更可靠；热处理成本更低；利于实现清洁文明生产；本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢可用作渗碳钢,渗碳后经过淬火高温回火使零件表面具有足够的耐磨性、基体具有良好的韧性。
【专利说明】
一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢
技术领域
[0001] 本发明涉及一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，属于金属材料及其热 处理工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 钻井工具具有大截面、大壁厚特点，在目前钻井深度更深、地质情况更复杂的背景 下，目前正在被广泛使用的具有较高淬透性的40CrMnMo和4145H已经不能完全满足需求。 40CrMnMo和4145H存在的不足是，对于厚壁零件，由于水淬仍然有淬裂风险，在壁厚较大尤 其是还存在有不同截面而且壁厚差又大的情况下，厚壁部分的性能往往要受到限制;对实 心大截面零件，往往受淬透性的限制以及淬火过程综合应力的影响等原因，机械性能不稳 定或者是强度满足不了设计要求或者是冲击功不达标，甚至还有淬裂的风险。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的，提供一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢。该结构钢具 有微合金化和细晶强化的功效;具有足够的淬透性和组织细化;经调质处理能获得最大比 例板条状的马氏体而具有好的强韧性；以解决现有技术的不足。 本发明的技术方案 为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现： 一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢（以下简称:高峰2号钢），该结构钢采用 以下质量份数材料炼制而成： 碳(00.22~0.31、硅（Si)0.15 ~0.30、锰(Μη)0·45 ~0.85、铬（Cr)1.10~1.40、钼(Mo) 0.45~0.75、镍（Ni)< 0.25、铜（Cu)< 0.25、硫（S)< 0.005、磷（P)< 0.015、钒（V)0.02~ 0.10、钛(Ti) <0.01、铌(Nb)0.02~0.05、硼(Β)0·001 ~0.003,余量为铁。
[0004] 与现有技术相比，采用本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，热处 理工艺风险小、废品率极低;热处理性能更可靠;热处理成本更低;利于实现清洁文明生产； 本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，不仅可用作调质钢，使大尺寸零件调 质后的综合机械性能不仅可以达到API标准和行业标准（屈服强度765MPa，抗拉强度 965MPa、冲击功54J)要求，还可以满足用户不断提出的更高的要求（屈服强度827-964MPa、 抗拉强度965-1033MPa、冲击功90J)如下表1所示;还可用作渗碳钢，渗碳后经过淬火高温回 火使零件表面具有足够的耐磨性、基体具有良好的韧性。如下表2所示，机械式随钻震击器 核心部件卡瓦原采用35CrM 〇制造，500°C回火的渗碳表面硬度47HRC，冲击功只有49J，但580 °C回火时表面硬度只有40HRC，已经不能满足足够的耐磨性要求。而采用本发明的高峰2号 钢，在同样的热处理条件下却具有较好的回火稳定性和良好的强韧性；同样580度回火后， 表面硬度还有48HRC，而且冲击功比35CrMo表面47HRC时高30J，因此使卡瓦表现出良好的强 韧性。
【具体实施方式】
[0005] 以下结合实施例，对本发明的【具体实施方式】详细说明如下。
[0006] -种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，其特征在于:该结构钢采用以下 质量份数材料炼制而成： 碳（00.22~0.31、硅（Si)0.15~0.30、M(Mn)0.45~0.8-(Cr)1.10~1.403MMo) 0.45~0.75、镍（Ni)< 0.25、铜（Cu)< 0.25、硫（S)< 0.005、磷（P)< 0.015、钒（V)0.02~ 0.10、钛(Ti) <0.01、铌(Nb)0.02~0.05、硼(Β)0·001 ~0.003,余量为铁。
[0007]本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢在成分设计和热处理工艺上 主要考虑以下因素： 1、确保低碳，以充分发挥板条状马氏体强韧性好、淬裂风险低的优势。
[0008] 、合金总量严格控制：确保总量仍然是低合金；目的是节约资源控制成本;特点是 具有微合金化和细晶强化的功效，确保足够的淬透性和组织细化。
[0009] 、高度重视钢的纯净度，严格控制夹杂物含量。
[0010]、调质处理采用水作为淬火介质以获得最大比例板条状的马氏体。
[0011] 实施例1 本例是本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢加工出的零件经热处理后 的机械性能见表1:
由表1可见，采用高峰2号钢调质处理的性能特点是：
1，不管是40-75的厚壁零件，还是直径130-235的实心零件，按照距表面25.4mm取样的 性能均超过了API标准和行业标准要求，并达到了（屈服强度827-964MPa、抗拉强度965-1033MPa、冲击功90J)油田用户特殊要求，尤其是75mm厚壁零件上距表面37.5mm深处取样的 性能也达到了（屈服强度827-964MPa、抗拉强度965-1033MPa、冲击功90J)的高要求。充分说 明该钢淬透性高、截面组织性能均匀。
[0012] ，通过大量试验证明，本发明的结构钢水淬不裂，热处理工艺风险极小。
[0013] 因此该钢是一种优质的合金结构钢。
[0014] 实施例2 本例是用本发明的低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢制作机械式随钻震击器 卡瓦的性能数据如表2所示：
作为比较，原有技术采用35CrMo制造机械式随钻震击器卡瓦的性能数据如表3所示：
表2和表3比较可见，35CrM〇制作卡瓦在500度回火时，表面硬度与国外卡瓦硬度相同 (47、48HRC);由于35CrMo制作的卡瓦心部组织有较多的非马氏体转变产物，冲击功不够高 (49J)，容易发生脆断，当通过提高回火温度牺牲表面硬度使冲击功提高后，此时的表面硬 度已经不能满足耐磨性要求，而且容易出现拉伤或抱死;而采用高峰2号钢在585度回火时， 表面硬度达48HRC，冲击功高达85J以上，因此既可以满足耐磨要求，也可以满足强韧性需 要，而且不会发生脆断和抱死。
[0015]因此，高峰2号钢又是一种具有良好强韧性的优质渗碳钢。
【主权项】
1. 一种低碳多元微合金化多用途高强韧性结构钢，其特征在于:该结构钢采用以下质 量份数材料炼制而成： 碳（C)O.22~O.31、硅（Si)O.15~O.30、锰(Mn)O.45~O.85、铬（Cr)I.10~1.40、钼(Mo) 0.45~0.75、镍（Ni)< 0.25、铜（Cu)< 0.25、硫（S)< 0.005、磷（P)< 0.015、钒（V)0.02~ 0.10、钛(Ti) <0.01、铌(Nb)0.02~0.05、硼(Β)0·001 ~0.003,余量为铁。
【文档编号】C22C38/08GK105908096SQ201610434586
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月19日
【发明人】王观礼, 张亚昌, 伍玉娇, 张超, 梁柔, 韩冰冰
【申请人】贵州高峰石油机械股份有限公司