[发明专利]一种改进型40CrNiMo钢及其热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢技术领域，特别是涉及一种改进型40CrNiMo钢。

背景技术

40CrNiMo钢是低合金结构钢的一种，是在优质碳素结构钢的基础上，适当加入一种或多种合金元素(总含量不超过5％)而制成的钢种，主要用做高强度、高韧性、截面尺寸较大的和较重要的调质零件，如航空发动机轴、轴类、齿轮、卧式锻造机的传动偏心轴、锻压及曲轴等。常用的40CrNiMo钢的主要成分为：0.60～0.90％Cr，1.25～1.65Ni，0.15～0.25Mo，0.37～0.44C，0.17～0.37Si，0.50～0.80Mn，P≤0.025，S≤0.025，余量为Fe。

40CrNiMo钢作为油井设备上的轴类、套类及钻机系统零件的材料，在国际采油行业上应用比较广泛，其常规使用的性能要求如下：

抗拉强度σb(MPa)：≥1000(145K)；屈服强度σs(MPa)：≥827(120K)；伸长率δ5(％)：≥15；断面收缩率ψ(％)：≥30；

-20℃、-45℃冲击功Akv(J)：三个平均值≥42，单个最小值≥33。

但是随着深井钻井技术的发展，对其强韧性提出了更高的要求，国际石油公司对石油钻杆的使用要求提出了现有最高的要求，具体如下：

抗拉强度σb(MPa)：≥1103(160K)；屈服强度σs(MPa)：≥1000(145K)；伸长率δ5(％)：≥14；断面收缩率ψ(％)：≥25；

-20℃、-45℃冲击功Akv(J)：三个平均值≥42，单个最小值≥33。

对于现有的最高要求，常规材料的拉伸性能能够满足，但其低温冲击要求的温度低于常规材料的脆性转变温度，钢的冷脆倾向就成为突出问题，如发生冷脆断裂将会导致严重的后果。而利用现有的40CrNiMo钢材料很难达到上述国际石油公司的要求，不能满足客户使用要求。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种改进型40CrNiMo钢，以使其满足国际石油公司的最高要求。

为实现上述目的，本发明公开的一种改进型40CrNiMo钢，其化学元素重量百分比为：0.70～0.90％的Cr，1.65～2.00％的Ni，0.20～0.30％的Mo，0.38～0.43％的C，0.20～0.35％的Si，0.60～0.80％的Mn，0～0.025％的P和0～0.025的S，Fe为余量。

优选的，所述改进型40CrNiMo钢的化学元素重量百分比为：0.80％的Cr，1.75％的Ni，0.25％的Mo，0.40％的C，0.30％的Si，0.70％的Mn，0.020％的P和0.020％的S，Fe为余量。

优选的，所述改进型40CrNiMo钢的化学元素重量百分比为：0.75％的Cr，1.70％的Ni，0.28％的Mo，0.38％的C，0.25％的Si，0.65％的Mn，0.015％的P和0.015％的S，Fe为余量。

其中，每种成分的作用如下：

碳(C)：提高钢的淬硬性及硬度，过高会降低钢的韧性，在使用过程中易产生脆性断裂。

硅(Si)：可在一定程度上提高钢的淬透性。

锰(Mn)：可在一定程度上提高钢的淬透性，增强钢的强度。

磷(P)：适量添加可改善钢的切削性能。

硫(S)：适量添加可改善钢的切削性能。

铬(Cr)：提高钢的强度、淬透性及耐腐蚀性能。

镍(Ni)：提高钢的强度、改善钢的韧性、提高钢的耐腐蚀性。

钼(Mo)：提高钢的淬透性、细化晶粒、提高钢的耐腐蚀性。

冶炼采用电炉+电渣重熔工艺，经检测本发明改进型40CrNiMo钢的性能均符合以下标准：

抗拉强度σb(MPa)：≥1103(160K)；屈服强度σs(MPa)：≥1000(145K)；伸长率δ5(％)：≥14；断面收缩率ψ(％)：≥25。

本发明的有益效果是：本发明改进型40CrNiMo钢具有较高硬度及高耐磨性，且耐低温，钢的冷脆性效果较好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。