本發(fā)明屬于合金結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域，具體涉及一種用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼。

背景技術(shù)：

鉆艇、加重鉆桿用鋼在石油天然氣工程中用于制造油田鉆井工具,其在使用中要承受強拉、強扭、沖擊、振動、旋轉(zhuǎn)等復(fù)合作用,使用條件十分苛刻。因此,要求鉆艇用鋼具有良好的力學(xué)性能、高的淬透性、較高的致密度及鋼質(zhì)純凈度。

目前此類石油鉆具一般用美國標準4145H鋼制造，美國材料與試驗協(xié)會標準ASTM_A29/A29M中4145H鋼的化學(xué)成分(重量百分比)為：C0.43-0.48％、Si0.15-0.35％、Mn0.75-1.00％、P≤0.035％、S≤0.040％、Cr0.80-1.10％、Mo0.15-0.25％，其余為鐵和雜質(zhì)元素。美國鋼鐵協(xié)會標準AISI中4145H鋼的化學(xué)成分(重量百分比)為：C0.42-0.49％、Si0.15-0.35％、Mn0.65-1.10％、P≤0.035％、S≤0.040％、Cr0.75-1.20％、Mo0.15-0.25％，其余為鐵和雜質(zhì)元素。

目前石油鉆具制造廠在生產(chǎn)大規(guī)格鉆具(原料圓鋼直徑≥Φ190mm)時,為了保證鋼的淬透性和產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，將Mo含量提高至0.30-0.40％。Mo是昂貴的合金元素，在保證石油鉆具性能和使用質(zhì)量的前提下，少加Mo對于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的市場競爭力和節(jié)約貴重金屬資源具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼，通過調(diào)控合金結(jié)構(gòu)鋼中各元素的用量比，使合金結(jié)構(gòu)鋼可用于制造原料圓鋼直徑≥Φ190mm的鉆艇、加重鉆桿等的石油鉆具，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，減少鋼中Mo元素加入量，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明提供的一種用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.75-1.10％、P≤0.030％、S≤0.025％、Cr 0.80-1.30％、Mo 0.15-0.25％、B 0.0006-0.0040％，Ti 0.011-0.038％,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。

優(yōu)選的，所述用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.85-1.08％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 0.95-1.05％、Mo 0.18-0.23％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。

優(yōu)選的，所述用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 0.95-1.05％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 1.21-1.28％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。

優(yōu)選的，所述用于制造大規(guī)格石油鉆具的合金結(jié)構(gòu)鋼，含有以下重量百分比的成分：

C 0.43-0.48％、Si 0.15-0.35％、Mn 1.06-1.10％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr 0.95-1.05％、Mo 0.15-0.19％、B 0.0010-0.0035％，Ti 0.015-0.028％,其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。

本發(fā)明中，各元素的含量及作用如下:

碳是鋼中提高淬透性和淬透硬性的重要元素，本發(fā)明中控制碳含量范圍是0.43-0.48％，過低則會降低強度和硬度，過高則會降低塑性和韌性，增加工件淬火開裂傾向。

硅在鋼中主要以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中，能提高鋼的強度，

也是煉鋼的脫氧元素，但含量不宜過高，以免降低鋼的韌性。故控制在0.15-0.35％。

錳和鉻也都是提高淬透性的重要元素，本發(fā)明中控制錳含量范圍是0.75-1.10％，控制鉻含量范圍是0.80-1.30％。

硫、磷是鋼中形成夾雜物的有害元素，所以應(yīng)加以控制，本技術(shù)方案最低要求P≤0.030％、S≤0.025％。

硼是我國較富有的一種元素，它的突出作用是微量B就可以成倍增加鋼的淬透性。對于鉆具鋼而言，增加鋼的淬透性具有重要的意義，通過相變強化可以使鉆具獲得較高的強度和韌性。廉價的硼代替昂貴的鉻可顯著降低成本。硼主要是在奧氏體晶界的偏聚，使奧氏體分解時新相在奧氏體晶界處形核發(fā)生困難，造成奧氏體分解的孕育期加長，提高淬透性。而硼的性質(zhì)較為活潑，易與鋼中的氮形成BN化合物，BN相屬無效硼，在化學(xué)分析中稱酸不溶硼，沒有提高淬透性的作用。另加B鋼裂紋敏感性較強，在連鑄冷卻過程中，B與N結(jié)合形成BN，在奧氏體晶界析出，易引起晶界脆化，引發(fā)熱裂紋，熱裂紋被氧化皮蓋住不易被發(fā)現(xiàn)，造成成品圓鋼上出現(xiàn)表面翹皮缺陷。

加入微量鈦可固定鋼中N，使得鋼中有效硼的含量增加，從而更有效地發(fā)揮硼合合金化的作用，提高鋼強韌性，同時，可避免BN引起的連鑄坯裂紋，消除硼合金化圓鋼表面翹皮缺陷。

本發(fā)明用于但不限于制造大規(guī)格鉆艇、加重鉆桿(原料圓鋼直徑≥Φ190mm)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的石油鉆具用合金結(jié)構(gòu)鋼，可用于制造原料圓鋼直徑≥Φ190mm的鉆艇、加重鉆桿等的石油鉆具，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，減少鋼中昂貴的Mo元素含量，降低了生產(chǎn)成本、提高了產(chǎn)品的市場競爭力，并且節(jié)約了貴重金屬資源，有利于合金資源的均衡使用。加工的鉆具產(chǎn)品按API7-1標準檢驗，布氏硬度HBW≥285，常溫沖擊功AKV≥54J,屈服強度,689MPa，抗拉強度≥931MPa，4倍直徑標距伸長率≥13％，質(zhì)量完全符合API7-1標準要求，且使用效果與加Mo較高的現(xiàn)有鉆具的相當，甚至更優(yōu)。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實施例1-5分別與對比例1的化學(xué)成分見表1(熔煉分析，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素)。

表1

實施例1-5分別與對比例1鋼制成的鉆具的力學(xué)性能(按API7-1標準檢驗)見表2。

表2

實施例1-5分別與對比例1比較可見，實施例1-5制成的鉆具的力學(xué)性能和使用情況與比例1的相當，甚至更優(yōu)。