[发明专利]石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，本发明还涉及该种铸钢的制备方法。

背景技术

随着石油钻采设备市场国际化，对石油钻机性能提出了更高的要求，钻采设备性能必须符合API Spec7K的要求。石油钻采设备泥浆泵的空气包、排出管路和滤网外壳等是受高压流体压力的关键承压部件，要求在70Mpa的压力下运行20分钟不渗漏，要求其材料的焊接性好、刚性好、强度高。

现有的材质使用ZG35CrMo，由于ZG35CrMo的可焊性较差，易产生冷裂纹，磁粉探伤通过率低，不能满足API Spec7K会标认证对材料的要求。采用锻造方式制作空气包虽然缺陷少，使用寿命长，但是工艺流程复杂，生产成本极高。为此，急需设计出一种性能优良、价格低廉的材料，解决技术与成本的矛盾，以满足石油钻采设备的发展要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，解决了现有技术中的石油钻采设备泥浆泵承压件，技术参数与制作成本不能兼顾的问题。

本发明的另一目的是提供该种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢的制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，按照质量百分比由以下成份组成：

C0.22％-0.3％，Mn0.7％-0.9％，Cr0.8％-1％，Mo0.2％-0.3％，Si0.2％-0.4％，Re0.01％-0.015％，S≤0.02％，P≤0.025％，Cu≤0.4％，Ni≤0.4％，W≤0.1％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。

本发明采用的另一技术方案是：一种上述的石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、配料；

步骤2、冶炼；

步骤3、氧化脱碳，去气去夹杂；

步骤4、还原期调整成分，倾炉出钢。

本发明的有益效果是：具有强度高、抗冲压耐磨性能、冲击韧性和焊接性能良好的特性，完全满足了石油钻采设备泥浆泵主要的承压件空气包、排出管路和滤网外壳的使用要求，满足API Spec7K会标认证对材料的要求，空气包满足了欧盟的CE认证标志。具体包括：

1)本发明具有良好的力学性能、焊接性和强的抗冲压耐磨性能的特性，完全满足了石油钻采设备泥浆泵主要承压铸钢件空气包、派出管路和滤网外壳的使用要求。

2)本发明经双基尔试块取样进行力学性能测试表明，其力学性能指标远远高于API Spec7K的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的石油钻采设备泥浆泵承压件用铸钢，按照质量百分比(wt％)由以下成份组成：C0.22％-0.3％，Mn0.7％-0.9％，Cr0.8％-1％，Mo0.2％-0.3％，Si0.2％-0.4％，Re0.01％-0.015％，S≤0.02％，P≤0.025％，Cu≤0.4％，Ni≤0.4％，W≤0.1％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。

本发明铸钢材料中的各个组分含量的控制原理是：

C元素是强化铸钢的最有效元素，但考虑到铸钢件的焊接性能，故把C含量控制在0.3％以下；Mn元素在铸钢中起到多种功效，如固溶强化，增加强度和硬度，提高淬透性、改善铸钢的热加工性能。考虑到空气包等承压铸钢件需要承受泥浆的冲击、挤压和磨损，工况条件恶劣，又考虑到锰增高降低焊接性能，故把锰含量控制在0.7％-0.9％；Cr元素加入也起固溶强化作用，能增加强度和硬度，更多考虑地到铬的抗氧化性和抗腐蚀性；Mo能使钢的晶粒细化，提高钢的淬透性，抑制合金钢的回火脆性；为了减少钢中夹杂物的含量，降低铸钢件的“冷脆性”，P元素控制在0.025％以下；考虑到设备的使用工况，降低铸钢件的“热脆性”，S元素控制在0.02％以下；Re(稀土)的加入是为了改变铸钢中夹杂的形态而进行的变性处理。这一切都为铸钢材料具有良好的力学性能、焊接性和强的抗冲压耐磨性能提供了必要的条件。

本发明铸钢的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、配料选取不含大量Ni、Cu、W的无锈、无油废钢铁，加适量生铁或石墨块，将配碳量控制在0.5％-0.6％。

步骤2、采用碱性电弧炉熔化、氧化、还原“三期”炼钢法进行冶炼，熔化期吹氧助熔添加活性石灰造渣，加小铁矿石增加渣中的氧化铁，待反应后倾炉流渣，如此反复至磷含量≤0.015％；