CN103572175B

CN103572175B - 一种贝氏体钢及其制品热处理方法

Info

Publication number: CN103572175B
Application number: CN201310512001.XA
Authority: CN
Inventors: 朱建军; 武战学
Original assignee: Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Current assignee: Baoji Oilfield Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: CN103572175A

Abstract

本发明公开了一种贝氏体钢，由下述成份按照Wt%组成：C≤0.35，Si≤1.8，Mn≤1.85，1.1≤Cr≤2，2≤Ni≤3.2，Mo≤0.55，S≤0.005，P≤0.02，Cu≤0.25，V≤0.1，余量为Fe。本发明还公开了该种贝氏体钢制品的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、称量上述组分，采用电渣重熔得到钢锭；步骤2、将钢锭进行锻铸；步骤3、按图纸要求尺寸将钢锭加工为成品规格的滚轮；步骤4、对成品规格的滚轮再次热处理，即成。本发明的材料使滚轮在获得良好的塑韧性的同时具有超高强度。

Description

一种贝氏体钢及其制品热处理方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种贝氏体钢，本发明还涉及该种贝氏体钢制品的制备方法。

背景技术

铁钻工是实现钻井自动化的重要设备，而铁钻工滚轮是铁钻工的关键件，铁钻工滚轮的使用寿命决定着铁钻工的整体质量，由于铁钻工滚轮的服役条件苛刻，其材料及力学性能要求极其特殊，采用现有的材料及工艺方法难以满足其要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种贝氏体钢，解决了现有技术中存在的铁钻工滚轮材料及工艺方法难以满足其要求的问题。

本发明的另一目的是提供该种贝氏体钢制品的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种贝氏体钢，由下述成份按照Wt%组成：C≤0.35，Si≤1.8，Mn≤1.85，1.1≤Cr≤2，2≤Ni≤3.2，Mo≤0.55，S≤0.005，P≤0.02，Cu≤0.25，V≤0.1，余量为Fe。

本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的贝氏体钢制品的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、按照下述成份按照Wt%称量：C≤0.35，Si≤1.8，Mn≤1.85，1.1≤Cr≤2，2≤Ni≤3.2，Mo≤0.55，S≤0.005，P≤0.02，Cu≤0.25，V≤0.1，余量为Fe，采用电渣重熔得到钢锭；

步骤2、将钢锭进行锻铸；

步骤3、按图纸要求尺寸将钢锭加工为成品规格的滚轮；

步骤4、对成品规格的滚轮再次热处理，采用保护气氛炉加热，出炉后吹氮气保护冷却至室温，即成。

本发明的有益效果是，通过贝氏体钢在滚轮上的应用及其热处理工艺研究，使滚轮在获得良好的塑韧性的同时具有超高强度，满足了铁钻工滚轮产品的使用要求，具体的优点和有益效果包括：

1）最佳的热处理工艺使新钢种获得良好的塑韧性的同时具有超高强度。达到了滚轮产品的设计要求。2）无需进行复杂的热处理，其特点是经保护气氛加热后吹氮保护冷却至室温，再经低温回火至室温即可获得超高强度和良好塑韧性的综合力学性能。3）对仿形等效试棒Φ165×250mm进行力学性能试验，试验结果表明其性能指标高于滚轮性能要求。

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。

本发明的贝氏体钢，用于制备石油铁钻工滚轮，由下述成份按照Wt%组成：C≤0.35，Si≤1.8，Mn≤1.85，1.1≤Cr≤2，2≤Ni≤3.2，Mo≤0.55，S≤0.005，P≤0.02，Cu≤0.25，V≤0.1，余量为Fe。

钢的含碳量保持在中低含量既能细化组织，又有利于固溶强化。因此，在贝氏体钢的合金设计时，设法将含碳量控制在低碳范围的较高水平，可同时获得强化与韧化的双重效果。硅能溶于铁素体和奥氏体中，提高钢的硬度和强度，在提高贝氏体钢的韧塑性方面，目前最有效的途径是通过添加硅元素强烈地抑制碳化物的形成。一旦铁素体板条中有碳化物析出，则随相变温度的降低，贝氏体钢的冲击吸收能与断面收缩率均会降低。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，并增加钢的淬透性；镍在提高钢的强度的同时，对钢的塑性和韧性也有一定的改善，再者，与含锰合金相比，镍合金之所以组织明显细化，根本原因在于原奥氏体晶粒尺寸小且膜状A_R含碳量高、分布均匀，而这有利于显著提高A_R的稳定性以及钢的韧塑性。其次，从BF中析出的碳富集在A_R中，使其在室温条件下长期稳定。

本发明采用电渣重熔钢锭，对于成品滚轮材料处理过程而言，再经锻造、退火+高温回火、机加工，最终热处理等工序。

采用本发明的贝氏体钢，应用在石油铁钻工滚轮上，成品（滚轮）的制备过程是，按照以下步骤实施：

步骤2、将钢锭锻后在960±10℃保温3小时，炉冷至350±10℃以下空冷至室温；然后重新在680±10℃保温5小时，再空冷至室温，以避免造成氢致缺陷和降低硬度便于机加工；

步骤3、按图纸要求尺寸将钢锭加工为成品规格的产品（石油铁钻工滚轮）；

步骤4、对成品规格的滚轮热处理，采用保护气氛炉加热，热处理工艺参数为：940±10℃保温3小时吹氮气冷却至室温，然后重新在300±10℃保温5小时空冷至室温，出炉后吹氮气保护冷却至室温，防止滚轮表面氧化，即成。

实施例

一、冶炼工艺：电炉冶炼＋电渣重熔

按照上述工艺生产的石油铁钻工滚轮用钢的化学成分如下：

炉号201009120C0.28，Si1.68，Mn1.83，Cr1.48，Ni2.15，Mo0.35，S0.001，P0.018，Cu0.09，V0.05；

炉号201010115C0.28，Si1.67，Mn1.8，Cr1.47，Ni2.26，Mo0.34，S0.002，P0.019，Cu0.08，V0.06。

二、热处理制度及力学性能、显微组织：对与滚轮同炉料锻成并同炉进行热处理的Φ165×250mm仿形等效试棒进行热处理试验，热处理制度试验方案为两个：

方案1、940℃保温3小时吹氮保护冷却至室温，200℃保温5小时空冷至室温；

方案2、940℃保温3小时吹氮保护冷却至室温，300℃保温5小时空冷至室温；

表1试样的力学性能试验数据对比

机械性能试验结果表明，力学性能均符合滚轮产品的要求。最后确定最佳热处理工艺为“方案2”。通过金相试验，等效试棒经热处理后的显微组织为粒状贝氏体，组织均匀，晶粒度评级结果为8级。

本发明的贝氏体钢应用在石油铁钻工滚轮上，获得了超高强度(抗拉强度＞1700Mpa)及良好的塑韧性，其组织均匀细小。对仿形等效试棒取样进行力学性能试验，结果表明，其各项力学性能满足滚轮用钢的要求。

Claims

1.一种贝氏体钢制品的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、按照下述成份按照Wt％称量：C≤0.35，Si≤1.8，Mn≤1.85，1.1≤Cr≤2，2≤Ni≤3.2，Mo≤0.55，S≤0.005，P≤0.02，Cu≤0.25，V≤0.1，余量为Fe，采用电渣重熔得到钢锭；

步骤2、将钢锭进行锻铸；

热处理工艺参数为：将钢锭锻后在960±10℃保温3小时，炉冷至350±10℃以下空冷至室温；然后重新在680±10℃保温5小时，再空冷至室温；

步骤3、按图纸要求尺寸将钢锭加工为成品规格的制品；

步骤4、对成品规格的滚轮再次热处理，采用保护气氛炉加热，出炉后吹氮气保护冷却至室温，

热处理工艺参数为：940±10℃保温3小时吹氮气冷却至室温，然后重新在300±10℃保温5小时空冷至室温，即成。