CN100359036C - 机械设备提升***承载零件用铸钢的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械设备提升***承载零件用铸钢的制造方法,铸钢材料采用低中碳Cr-Ni-Mo系,化学成份(质量分数,%):C=0.15~0.30,Mn=0.60~1.10,Si=0.3~0.8,Ni=0.4~1.1,Cr=0.4~1.1,Mo=0.15~0.40,S≤0.025,P≤0.025,残余元素:Cu≤0.50,W≤0.10,V≤0.03,残余元素总量≤0.60。按以下次序的工艺步骤制造:①采用中频炉或电弧炉按化学成份要求炼钢;②砂型铸造,机械性能试棒采用等效圆基尔试棒;③采用对铸件及试棒进行同炉正火+双液淬火+回火处理;正火:炉温880~920℃,保温160~240分,空冷;双液淬火:炉温860~900℃,保温160~240分,水冷30~60秒后油冷;回火:炉温600~640℃,保温240~320分,空冷。④铸钢件采用无损探伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械设备提升***承载零件用铸钢的制造方法,特别适用于石油机械设备提升***承载零件用铸钢材料的制造。
背景技术
目前机械设备提升***中关键承载件,特别是石油机械提升设备承载件如钩体、钩筒、吊环、吊卡等要求有较高的综合机械性能。石油修井主要提升设备SY/T5208-2000标准(石油工业出版社发行,2001年12出版)、吊卡SY/T5041-92标准(石油工业出版社发行,1992年9出版)等说明目前用于制造铸造钩体、钩筒及吊卡、吊环材料主要是ZG34Cr2Ni2Mo、ZG35CrMo。《铸造手册》铸钢.第2版.中国机械工业出版社2002.8记载了这两种材料的机械性能(见下表),这两种材料因为含碳量偏高,韧性指标低,而且ZG35CrMo强度也偏低,生产出来的铸件尺寸大,重量也大,ZG34Cr2Ni2Mo虽然强度高,但除了韧性不高外,因为含Cr、Ni等贵重元素多,成本比较高。另外这两种材料均不能满足美国石油协会API Spec 8C规范(1997年版)对铸件提出的低温冲击性能Akv≥42 J(-20℃)要求。随着与国际市场的接轨,研究符合国际标准、取得符合API国际认证标准的提升设备承载零件用铸钢材料非常必要。
ZG35CrMo、ZG34Cr2Ni2Mo主要机械性能
材料 | σs≥ | Akv(J)≥ |
ZG35CrMo | 540 | 32(常温) |
ZG34Cr2Ni2Mo | 700 | 32(常温) |
期刊《铸造技术》,1999年第6期刊登的“Cr-Ni-Mo耐磨铸钢及在锤头上的应用”一文中,公开了一种Cr-Ni-Mo耐磨铸钢的成分和热处理工艺,其质量百分比组成为0.30%~0.70%C;0.50%~1.50%Si;0.6%~1.5%Mn;1.0%~3.0%Cr;0.4%~2.0%Ni;0.2%~1.0%Mo;≤0.05%S、P,其热处理工艺对淬火温度、淬火介质和回火温度进行了选择和控制,使得该种钢具有较高硬度和较好韧性的相配合,用于制造锤头提高了使用寿命。但从文中表1和图3给出的力学性能看,该种钢如果应用在机械设备提升***中关键承载件时,其冲击韧性特别是低温冲击性能远不能满足美国石油协会API Spec 8C规范(1997年版)对铸件提出的低温冲击性能Akv≥42 J(-20℃)要求。
发明内容
本发明需要解决的问题是提出一种机械设备提升***承载零件用铸钢材料的制造方法,该制造方法生产的铸钢材料具有高强度、高韧性的综合机械性能,能够满足美国API Spec 8C规范对铸件提出的低温冲击性能Akv≥42 J(-20℃)要求,解决现用铸钢材料韧性指标低的问题。
本发明的目的是这样实现的:
机械设备提升***承载零件用铸钢材料采用低中碳Cr-Ni-Mo系,化学成份如下表:
化学成份(质量分数,%)
C | Mn | Si | Ni | Cr | Mo | S | P | 残余元素 | |||
Cu | W | V | 总量 | ||||||||
0.150.30 | 0.601.10 | 0.3~0.8 | 0.4~1.1 | 0.4~1.1 | 0.150.40 | ≤0.035 | ≤0.035 | ≤0.50 | ≤0.10 | ≤0.03 | ≤0.60 |
本发明机械设备提升***承载零件用铸钢按以下次序工艺步骤制造:
1、冶炼工艺:采用中频炉或电弧炉炼钢,严格控制化学成份。
2、铸造工艺:砂型铸造,机械性能试棒采用等效圆基尔试棒。
3、热处理工艺:采用正火+双液淬火及回火
正火:炉温880~920℃,保温160~240分钟,空冷。
双液淬火:炉温860~900℃,保温160~240分钟,水冷30~60秒后油冷。
回火:炉温600~640℃,保温240~320分钟,空冷。
4、无损探伤:按照国家标准GB/T5677进行铸件射线无损探伤或按照国家标准GB/T7233进行铸件超声波无损探伤或按照国家标准GB/T9444进行铸件磁粉无损探伤。
通过国家标准规定的实验条件和方法对机械性能试棒测试,测试结果:组织为回火索氏体,硬度HB280-320,σs≥655MPa,σb≥795MPa,δ5≥15%,φ≥40%,Akv≥42J(-20℃)。
本发明的有益效果在于:
1、低温冲击韧性高:采用低中碳Cr-Ni-Mo钢,既能保证淬透性和强度指标,又能因为其含碳量低而保证韧性指标。
2、强度高:采用双液淬火技术,既保证了淬透性和强度指标,又可减少变形与开裂。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以石油钻修设备提升***承载零件吊卡用铸钢的制造方法为例:
吊卡用铸钢的化学成份选择见下表:
化学成份(质量分数,%)
C | Mn | Si | Ni | Cr | Mo | S | P | 残余元素 | |||
Cu | W | V | 总量 | ||||||||
0.24~0.30 | 0.70~1.00 | 0.5~0.8 | 0.5~0.8 | 0.5~0.8 | 0.15~0.30 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.50 | ≤0.10 | ≤0.03 | ≤0.60 |
该铸钢材料按以下次序工艺步骤制造:
1、冶炼工艺:采用中频炉,选用Ni≥99.9%的电解镍,按化学成份要求炼钢。
2、铸造工艺:砂型铸造,浇铸时陶瓷网过滤,机械性能试棒采用等效圆基尔试棒。
3、热处理工艺:对铸件及试棒进行同炉正火+双液淬火+回火处理;
台车炉正火:炉温900±10℃,保温160~200分钟,空冷;
台车炉双液淬火:炉温880±10℃,保温160~220分钟,水冷30~60秒后油冷;
旋风回火炉回火:炉温620±10℃,保温240~280分钟,空冷;
4、按GB/T5677射线探伤要求对铸钢件进行射线无损探伤。
经验证:本发明材料具有高强度、高韧性,特别适用于吊卡、游车大钩等产品应用,产品重量较ZG35CrMo材料吊卡相比减轻10%左右。
Claims (2)
1、一种机械设备提升***承载零件用铸钢的制造方法,所述机械设备提升***承载零件用铸钢采用低中碳Cr-Ni-Mo系,化学成份(质量分数,%)含量C=0.15~0.30,Mn=0.60~1.10,Si=0.3~0.8,Ni=0.4~1.1,Cr=0.4~1.1,Mo=0.15~0.40,S≤0.035,P≤0.035,残余元素Cu≤0.50,W≤0.10,V≤0.03,残余元素总量≤0.60,其特征在于:包括以下次序的工艺步骤:
①冶炼工艺:采用中频炉或电弧炉按化学成份要求炼钢;
②铸造工艺:砂型铸造,机械性能试棒采用等效圆基尔试棒;
③热处理工艺:采用对铸件及试棒进行同炉正火+双液淬火+回火处理;
正火:炉温880~920℃,保温160~240分钟,空冷;
双液淬火:炉温860~900℃,保温160~240分钟,水冷30~60秒后油冷;
回火:炉温600~640℃,保温240~320分钟,空冷;
④对铸钢件采用射线无损探伤或超声波无损探伤或磁粉无损探伤。
2、如权利要求1所述铸钢的制造方法,其特征在于:所述的工艺步骤中:
①冶炼工艺:采用中频炉,选用Ni≥99.9%的电解镍;
②铸造工艺:浇铸时陶瓷网过滤;
③热处理工艺:
台车炉正火:炉温900±10℃,保温160~200分钟;
台车炉双液淬火:炉温880±10℃,保温160~220分钟;
旋风回火炉回火:炉温620±10℃,保温240~280分钟;
④对铸钢件进行射线无损探伤。
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