[发明专利]一种高强度牙轮钻头用钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度牙轮钻头用钢，其合金组分为：0.16％～0.19％C，0.2％～0.35％Si，0.35％～0.45％Mn，≤0.015％P，≤0.010％S，0.55％～0.65％Cr，3％～3.1％Ni，0.26％～0.31％Mo，≤0.18％Cu，余量为Fe。该牙轮钻头用钢的氧含量≤20ppm、氮含量≤100ppm、氢含量≤2ppm，抗拉强度Rm：1130～1330MPa，屈服强度Rel：≥905MPa，延伸率A％：≥10％，断面收缩率Z％：≥40％。制备方法采用50t电炉+LF+VD+3.16t钢锭冶炼工艺和轧制工艺，产品具有优良力学性能、高耐磨性和高钢质纯净度。既保证了高强度牙轮钻头用钢的成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、力学性能等指标，又保证了高强度牙轮钻头用钢的表面质量水平，满足高端使用要求，实现了电炉模铸流程批量生产高强度牙轮钻头用钢的突破。

技术领域

本发明属于冶金材料领域，具体涉及一种高强度牙轮钻头用钢棒材及其制备方法。

背景技术

随着我国生态文明建设的不断推进，以高强度石油钻采设备为代表的高强度牙轮钻头用钢代表着石油钻采领域工业发展水平。牙轮钻头是破碎岩石的主要工具。一个牙轮钻头设备好坏，使用时间的长短，除与所开采地层岩石的特性和牙轮钻头用钢设备本身的性能有关外，更与牙轮钻头用钢质量有关。钢材质量对提高开采速度、降低开采综合成本起着重要作用。

因此，如何制备一款具有优良力学性能、高耐磨性和高钢质纯净度的高强度牙轮钻头用钢，具有重大经济价值和广阔的市场前景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种满足石油钻采领域的高强度牙轮钻头用钢，该方法采用50t电炉+LF+VD+3.16t钢锭冶炼工艺和轧制工艺生产具有优良力学性能、高耐磨性和高钢质纯净度的高强度牙轮钻头用钢18CrNi3MoE棒材，生产规格为Φ70mm。既保证了高强度牙轮钻头用钢的成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、力学性能等指标，又保证了高强度牙轮钻头用钢的表面质量水平，满足高端使用要求，实现了电炉模铸流程批量生产高强度牙轮钻头用钢18CrNi3MoE棒材的突破。

具体发明内容如下：

一种高强度牙轮钻头用钢，所述牙轮钻头用钢的合金组分为：0.16％～0.19％C，0.2％～0.35％Si，0.35％～0.45％Mn，≤0.015％P，≤0.010％S，0.55％～0.65％Cr，3％～3.1％Ni，0.26％～0.31％Mo，≤0.18％Cu，余量为Fe。

优选地，所述牙轮钻头用钢的氧含量≤20ppm、氮含量≤100ppm、氢含量≤2ppm，所述牙轮钻头用钢的抗拉强度Rm：1130～1330MPa，屈服强度Rel：≥905MPa，延伸率A％：≥10％，断面收缩率Z％：≥40％。

本发明的另外一个目的是提供一种牙轮钻头用钢的制备方法，所述工艺依次包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD精炼、模铸、加热炉加热、轧制和保温的步骤，其中电炉冶炼为：原料为60～70％铁水和20～30％废钢，采用三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾，自动流渣，出钢温度1670～1680℃，出钢终点0.05～0.09％C，P≤0.010％，出钢1/4～1/3时加入增碳剂预脱氧、石灰造渣和铁合金。

优选地，所述铁合金吨钢加入量为：铝铁2.6～2.7Kg/t，中锰3.3～3.5Kg/t，低碳铬铁6.7～7Kg/t；所述增碳剂吨钢加入量为：6.5～7.0Kg/t；所述石灰吨钢加入量为：8.5～9.0Kg/t。