[发明专利]石油钻井吊卡用贝氏体钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种石油钻井吊卡用贝氏体钢，本发明还涉及该种石油钻井吊卡用贝氏体钢的制备方法。

背景技术

近年来，对于贝氏体钢的研究和应用有了很大的发展。贝氏体钢作为一种钢系，已广泛用于铁路、工程机械、压力容器、铁路、舰船、集装箱等诸多领域，并已取得了良好实用效果。根据石油钻采设备的服役条件，结合贝氏体钢的优良特性，研究既有较高的强度，又有良好的韧性，比调质钢综合力学性能更优良的贝氏体钢，在实际生产过程中效率得到提高，结合石油钻采装备服役条件需要，根据贝氏体钢的优良特点，有必要深入开展高强韧性贝氏体钢的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻井吊卡用贝氏体钢，解决了现有高强钢在淬回火热处理工艺条件下的力学性能、尤其是低温韧性，不能满足石油钻采装备服役条件的需要问题。

本发明的另一目的是提供上述的石油钻井吊卡用贝氏体钢的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种石油钻井吊卡用贝氏体钢，由下述的组分按照质量百分比组成：

0.1≤C≤0.23、0.15＜Si≤0.4、1.5＜Mn≤1.95、P≤0.02、S≤0.02、0.7＜Cr≤1、0.9＜Ni≤1.4、0.3＜Mo≤0.4、0.1＜V≤0.2，其余为Fe，单位为Wt%。

本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的石油钻井吊卡用贝氏体钢的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、称量各个组分，各个组分质量百分比分别是：0.1≤C≤0.23、0.15＜Si≤0.4、1.5＜Mn≤1.95、P≤0.02、S≤0.02、0.7＜Cr≤1、0.9＜Ni≤1.4、0.3＜Mo≤0.4、0.1＜V≤0.2，其余为Fe，各个组分单位是Wt%；

步骤2、钢锭锻造中要留有切头切尾量，锻造比≥3.5；锻后经退火处理，得到制备吊卡产品所需的圆钢；

步骤3、对步骤2得到的圆钢进行热处理，热处理工艺参数为：正火890-910℃空冷2.5-3.5小时，回火190-210℃空冷4.5-5.5小时，即成。

本发明的有益效果是，该贝氏体钢以Mn、Mo系为主，Cr、Ni、V为辅；该贝氏体钢采用正火、低温回火处理后，获得的组织是由粒状贝氏体F和残余奥氏体组成，具有良好的综合力学性能，其力学性能指标达到了以下理想的水平：抗拉强度Rm≥1200MPa、屈服强度Rp_0.2≥900MPa、断后伸长率A₄≥14%、常温V型缺口冲击吸收功≥56J、低温（－20℃）V型缺口冲击吸收功≥42J；硬度38HRC～42HRC（相当于350HB～390HB）。

附图说明

图1是本发明贝氏体钢实施例1在空冷冷却方式下的显微组织图片；

图2是本发明贝氏体钢实施例1在风冷冷却方式下的显微组织图片；

图3是本发明贝氏体钢实施例1在气冷冷却方式下的显微组织图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的石油钻井吊卡用贝氏体钢，由以下组分组成，质量百分比（单位是%）分别是：0.1≤C≤0.23、0.15＜Si≤0.4、1.5＜Mn≤1.95、P≤0.02、S≤0.02、0.7＜Cr≤1、0.9＜Ni≤1.4、0.3＜Mo≤0.4、0.1＜V≤0.2，其余为Fe。

在以Mn－Mo系为主的贝氏体钢中，其中Mn、Mo是主加元素，主要作用是为了获得低温贝氏体，而加入Cr、Ni元素则是为了提高钢的淬透性，保证钢在大截面尺寸条件下仍能得到均匀的贝氏体组织，并降低钢的冷脆转变温度，提高钢的低温韧性，V的作用主要是细化钢的晶粒，进一步增加钢的强韧性。各个合金元素在贝氏体钢中的作用有以下几种：

Mn显著促进钢的贝氏体化，并且钢中贝氏体的生成率，随Mn含量的增加而提高，同时锰降低钢的相变温度，减缓奥氏体向珠光体的转变速度，使贝氏体铁素体形成温度向低温方向移动，提高贝氏体铁素体的强韧性，并显著增加钢的淬透性。

Mo显著增加贝氏体钢过冷奥氏体的稳定性，推迟先共析铁素体和珠光体的转变，有利于转变为较多的板条状铁素体。此外，Mo能提高钢的回火抗力，将回火脆性温度推向更高的温度区间，可使钢在较高的温度内回火，对提高钢的塑韧性十分有利。