[发明专利]一种石油钻机游吊系统用铸钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻机游吊系统用铸钢及其制造方法。

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Spec API 8C的要求。钻机游吊系统的主要提升设备大钩、水龙头是钻机受负荷的关键部件，因其材料及力学性能要求极其严格，已成为钻机生产的“瓶颈”问题，严重阻碍了的石油钻采机械设备快速发展。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种石油钻机游吊系统用铸钢及其制造方法，具有铸造性能好、低温冲击韧性高、淬透性和焊接性能良好的特性，完全满足了石油钻机游吊系统主要提升设备大钩、水龙头的使用要求。

本发明按照石油钻机游吊系统主要提升设备大钩、水龙头的力学性能和实际使用要求，通过加入镍、钼、铬、钒、硼和适量稀土硅等，设计成一种新钢种材料。C元素是强化钢材的最有效元素，但考虑到铸件可能出现的焊接失效问题，故把C含量控制在0.30％以下；Ni的加入是为了提高钢的强韧性能，也考虑到Ni对低温韧性的良好作用；Mn、Cr元素虽主要起固溶强化作用，但从资源条件和成本节约方面我们提出了高Mn低Cr的思想；Mo的加入是为了提高钢的淬透性；为了控制钢中夹杂物的含量，减少铸钢件的“冷脆性”和“热脆性”，P、S元素均要求控制在0.025％以下，这一切都为实现新钢种具有良好的力学性能提供了必要条件。

本发明由下述wt％的成份组成：C 0.24-0.30，Ni 1.35-1.65，Mo 0.20-0.30，Cr 0.55-0.85，Mn 0.60-1.00，Si 0.20-0.40，S≤0.025，P≤0.025，余量为Fe。

本发明制造方法：

①在电炉精炼末期加0.1-0.15％的钒铁细化晶粒，加0.003-0.006％的硼铁提高钢的淬透性，加0.05-0.15％的稀土硅对夹杂的形态进行变质改性处理。

②浇注时采用吹气式滑动水口吹入惰性气体均匀成分和温度，净化钢水，并引流浇注钢水成型。

③浇注成形后的毛坯在900℃±10℃保温正火4-5小时，冷却至300℃±10℃时热切冒口，冒口热切完后，立即加热至620℃～660℃保温25-48小时后空冷，进行高温去氢处理。

④铸件打磨完后进行二次正火处理，在900℃±10℃保温正火3-4小时后空冷。

⑤对铸件进行热处理，对二次正火后的铸件先加热至880±10℃保温4-5小时后淬水；然后再加热至680±10℃保温8-9小时后空冷。

⑥可在二次正火处理前对铸件缺陷进行预热补焊，预热温度为300℃±10℃，铸件补焊完后，加热至350℃±10℃保温2-3小时进行消氢处理。

本发明具有的优点和有益效果：

1、本发明具有铸造性能好、低温冲击韧性高、淬透性和焊接性能良好的特性，完全满足了石油钻机游吊系统主要提升设备大钩、水龙头的使用要求。

2、本发明经双基尔试块和8个规格的等效圆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Spec API 8C的要求。

具体实施方式

冶炼工艺：根据设计的化学成分，精选炉料，在电孤炉内冶炼，氧化温度≥1580℃。在炼钢的还原期保持白渣精炼的同时，在出钢前5-10分钟调整化学成分至规格范围内，先加Si-Fe后，再加0.1-0.15％的钒铁细化晶粒，加0.003-0.006％的硼铁提高钢的淬透性，推渣搅拌均匀。出钢前5分钟左右，加0.05-0.15％的稀土硅对夹杂的形态进行变质改性处理，确保化学成分在控制范围内。出钢温度1610℃～1630℃。

浇注工艺：采用吹气式滑动水口吹入惰性气体氩气，均匀成分和钢水温度，去除气体和夹杂，并引流浇注成形。砂型浇注后保温72小时脱模去砂。

清切工艺：铸件打箱落砂后，毛坯直接进窑正火，在900℃保温5小时后空冷。在正火之前不许进行喷砂、切割冒口等工作。正火结束后，在300℃左右热切冒口。冒口热切完后，立即趁热进电窑加热至620℃-660℃保温36小时以上空冷，进行高温去氢处理。然后清除铸件上的粘砂、夹杂物、浇冒口残留等缺陷，并对铸件非加工面打磨。必要时可对铸件缺陷预热补焊，预热温度为300℃，铸件补焊完后，加热至350℃保温2小时进行消氢处理。铸件打磨完成后进行二次正火处理，加热900℃保温3小时后空冷，二次正火后的铸件应进行喷丸处理，除净氧化皮。