用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法
【專利摘要】本發明公開了用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，解決了現有合金材料不能同時滿足焊接性能和抗壓強度的問題。本發明包括步驟一、將生鐵投入爐中熔化作為鐵基質，經過脫硫、脫氧、脫磷處理；步驟二、將Mn、Ti、Nb加入到鐵基質中混合均勻后，加熱至熔融狀態，保持1～2h后，再加入Si、Cr、W、N、Cu、C，混合均勻，在750～800℃條件下保溫10～15min后，以5～10℃/min的升溫速度增加到1100～1200℃，保溫2～3h后，再在800～850℃條件下恒溫澆鑄；步驟三、降溫到400～450℃，然后快速冷卻到200℃以下；步驟四，冷卻后放入800～850℃的爐火中保溫1～2h，最后經過淬火、回火后制成成品。本發明在提高強度、硬度的情況下，依然能有效保證焊接性能。
【專利說明】
用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種鋼材，具體涉及用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著石油鉆采設備市場國際化，對石油鉆機性能提出了更高的要求，鉆采設備性 能必須符合API Spec7K的要求。石油鉆采設備泥漿栗的空氣包、排出管路和濾網外殼等是 受高壓流體壓力的關鍵承壓部件，要求在70Mpa的壓力下運行20分鐘不滲漏，要求其材料 的焊接性好、剛性好、強度高。
[0003] 現有的材質使用時，通常會從抗壓強度上考慮，為了提高抗壓強度，通常是增加 C、 Mn、Si或其他增加強度的元素，但上述元素的增加會導致焊接性能下降，導致可焊性較差， 甚至在焊接后產生冷裂紋，焊接后磁粉探傷通過率低，不能滿足API Spec7K會標認證對材 料的要求。但為了滿足焊接性能，則通過降低C、Mn、Si的含量來解決焊接性能下降的問題， 該方式雖讓解決了該問題，但是也極大地降低了耐磨損度和抗壓強度。
[0004] 因而，急需設計出一種性能優良、價格低廉的材料，解決技術中成本高的問題，以 滿足石油鉆采設備的發展要求。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是:現有合金材料不能同時滿足焊接性能和抗壓強度 的問題，提供解決上述問題的用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法。
[0006] 本發明通過下述技術方案實現： 用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，包括： 步驟一、將生鐵投入爐中熔化作為鐵基質，經過脫硫、脫氧、脫磷處理，處理后使生鐵中 硫含量低于0.02%、磷含量低于0.03%、微量元素之和< 1% ; 步驟二、將Mn、Ti、Nb加入到鐵基質中混合均勻后，加熱至熔融狀態，保持1~2h后，再 加入3丨、0、1川、〇1、(：，混合均勻，在750~800°(：條件下保溫10~151^11后，以5~10°(：/1^11的 升溫速度增加到1100~1200°C，保溫2~3h后，再在800~850°C條件下恒溫澆鑄； 步驟三、澆鑄完成后以5~10 °C/miη的降溫速度降低到400~450 °C，然后快速冷卻到 200°C以下； 步驟四，冷卻后放入800~850°C的爐火中保溫1~2h，最后經過淬火、回火后制成成品； 上述各組分的質量百分比為：C 0.15%~0·20%，Μη 0.7%~0.9%，Si 1.3%~ 1.5%，Ti 0.1% ~0.2%，Nb 0.05% ~0.1%，Cu 0.1% ~0·2%，Ν 0.05% ~0.1%，W 0.01%~0.05%，Cr 0.1%~0·2%〇
[0007] 優選地，所述C、Mn和Si之和的質量百分比小于2.5%，所述1^、他、〇1、11和0之和 的質量百分比在〇. 5%~0.7%之間。
[0008]通過上述設置，在提高Mn、Si含量的情況下，依然能有效保證抗壓強度。
[0009] 優選地，所述C 0.20%，Mn 0.8%，Si 1.4%，Ti 0· 1%~0.2%，Nb 0.05%~ 0.1%，Cu 0.1% ~0·2%，Ν 0.05% ~0.1%，W 0.01% ~0.05%，Cr 0.1% ~0.2%，S< 0.02%，P < 0.03%，微量元素之和< 1%，余量為Fe。
[0010] 優選地，所述C 0· 15%，Mn 0.9%，Si 1.3%，Ti 0· 1%~0.2%，Nb 0.05%~ 0.1%，Cu 0.1% ~0·2%，Ν 0.05% ~0.1%，W 0.01% ~0.05%，Cr 0.1% ~0.2%，S< 0.02%，P < 0.03%，微量元素之和< 1%，余量為Fe。
[0011] 優選地，所述C 0· 15%，Mn 0.7%，Si 1.5%，Ti 0· 1%~0.2%，Nb 0.05%~ 0.1%，Cu 0.1% ~0·2%，Ν 0.05% ~0.1%，W 0.01% ~0.05%，Cr 0.1% ~0.2%，S< 0.02%，P < 0.03%，微量元素之和< 1%，余量為Fe。
[0012] 本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果： 1、 本發明在提尚Mn、Si含量的情況下，依然能有效保證焊接性能； 2、 本發明成本低廉。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發明作 進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本 發明的限定。 實施例
[0014] 用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，包括： 步驟一、將生鐵投入爐中熔化作為鐵基質，經過脫硫、脫氧、脫磷處理，處理后使生鐵中 硫含量低于0.02%、磷含量低于0.03%、微量元素之和< 1% ; 步驟二、將Mn、Ti、Nb加入到鐵基質中混合均勻后，加熱至熔融狀態，保持1~2h后，再 加入3丨、0、1川、〇1、(：，混合均勻，在750~800°(：條件下保溫10~151^11后，以5~10°(：/1^11的 升溫速度增加到1100~1200°C，保溫2~3h后，再在800~850°C條件下恒溫澆鑄； 步驟三、澆鑄完成后以5~10 °C/miη的降溫速度降低到400~450 °C，然后快速冷卻到 200°C以下； 步驟四，冷卻后放入800~850°C的爐火中保溫1~2h，最后經過淬火、回火后制成成品。 [0015]本實施例中脫硫、脫氧、脫磷處理，以及淬火、回火處理工序均是現有技術，因此不 再贅述。本發明中各組分的質量百分比為<0.15%~0.20%，]?110.7%~0.9%，311.3% ~1.5%，Ti 0.1%~0.2%，Nb 0.05%~0.1%，Cu 0.1%~0·2%，Ν 0.05%~0.1%，W 0.01 %~0.05%，Cr 0.1 %~0.2%。具體組成成份如表1所示。
[0016]表1
根據上述組成成份比利的物質組成的鋼材，進行性能測試，測試結果如表2所示。
[0017] 表2
通過上述表2的試驗數據可知，本發明實例1-實例3中的屈強比均在0.9-1.2之間，且焊 接后磁粉探傷通過率達到90%以上，因而該焊接性能和強度均能滿足抗高壓流體壓力的作 用。因而本發明的組成比例不僅僅能有效保證抗壓強度，而且還能有效保證焊接性能，且本 發明的成本更加低廉，效果十分顯著。
[0018] 以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明 的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，其特征在于，包括： 步驟一、將生鐵投入爐中熔化作為鐵基質，經過脫硫、脫氧、脫磷處理，處理后使生鐵中 硫含量低于0.02%、磷含量低于0.03%、微量元素之和< 1% ; 步驟二、將Mn、Ti、Nb加入到鐵基質中混合均勻后，加熱至熔融狀態，保持1~2h后，再 加入3丨、0、1川、〇1、(：，混合均勻，在750~800°(：條件下保溫10~151^11后，以5~10°(：/1^11的 升溫速度增加到1100~1200°C，保溫2~3h后，再在800~850°C條件下恒溫澆鑄； 步驟三、澆鑄完成后以5~10°C/min的降溫速度降低到400~450°C，然后快速冷卻到 200°C以下； 步驟四，冷卻后放入800~850°C的爐火中保溫1~2h，最后經過淬火、回火后制成成品； 上述各組分的質量百分比為：C 0.15%~0·20%，Μη 0.7%~0.9%，Si 1.3%~ 1.5%，Ti 0.1% ~0.2%，Nb 0.05% ~0.1%，Cu 0.1% ~0·2%，Ν 0.05% ~0.1%，W 0.01%~0.05%，Cr 0.1%~0·2%〇2. 根據權利要求1所述的用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，其特征在 于，所述C、Mn和Si之和的質量百分比小于2.5%，所述11、他、〇1、11和(>之和的質量百分比 在0.5 %~0.7%之間。3. 根據權利要求1所述的用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，其特征在 于，所述C 0.20%，Mn 0.8%，Si 1.4%，Ti 0.1%~0.2%，Nb 0.05%~0.1%，Cu 0.1%~ 0·2%，Ν 0.05%~0.1%，W 0.01%~0.05%，Cr 0.1%~0.2%，S<0.02%，P<0.03%jj 量元素之和< I %，余量為Fe。4. 根據權利要求1所述的用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，其特征在 于，所述C 0.15%，Mn 0.9%，Si 1.3%，Ti 0.1%~0.2%，Nb 0.05%~0.1%，Cu 0.1%~ 0·2%，Ν 0.05%~0.1%，W 0.01%~0.05%，Cr 0.1%~0.2%，S<0.02%，P<0.03%jj 量元素之和< I %，余量為Fe。5. 根據權利要求1所述的用于石油鉆采的抗高壓流體壓力的鋼材制備方法，其特征在 于，所述C 0.15%，Mn 0.7%，Si 1.5%，Ti 0.1%~0.2%，Nb 0.05%~0.1%，Cu 0.1%~ 0·2%，Ν 0.05%~0.1%，W 0.01%~0.05%，Cr 0.1%~0.2%，S<0.02%，P<0.03%jj 量元素之和< I %，余量為Fe。
【文檔編號】C22C38/16GK105908055SQ201610424243
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】周斌
【申請人】成都高普石油工程技術有限公司