[发明专利]一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁行业中的合金钢，具体地说是一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺。

背景技术

地质钻探用钢的工作条件苛刻，地质钻探用钢在钻进过程中，承受巨大的扭、压、弯、拉、震动等复杂的交变应力，所以对他的综合机械性能要求较高，地质钻探用钢主要用于生产钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管，钢级（钢种）主要有：DZ40（50Mn）、DZ50(40Mn2)、DZ55（40Mn2Mo）、DZ60（45MnMoB）、DZ65（27MnMoVB）等。

随着金刚石钻进技术在深层钻探方面的成功应用和钻探深度的不断增加，对地质钻探用钢的强度和韧性提出了更高的要求，另外，随着在复杂、破碎地层中进行钻探施工比例的增加，目前DZ55以上高强度级别的地质钻探用钢需求量越来越大。传统的DZ55以上高钢级地质管用钢采用加Mo元素和进行钢的调质处理来提高强度和韧性，由于钢中增加贵重的Mo元素和钢需要进行调质处理，大大增加钢的生产成本。

为了适应地质钻探用钢的强度和韧性的更高要求，要求材料在不增加贵重合金元素和在非调质状态的同时，尽可能的提高材料的强度和韧性，从而实现降低地质钻探用钢的生产成本。因此迫切需要研制出高强度、高韧性的地质钻探用钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺，这种钢的强度高、韧性好、耐磨性能好，成本低。生产工艺能保证钢材质量，能提高成材率和生产效率，生产成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢，其特征在于：该钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.36-0.42%, Si 0.40-0.60%, Mn 1.45-1.70%, Cr 0.20-0.30%，V 0.10-0.20%,AL 0.010 -0.030%, Ti 0.015 -0.035% ,S≤0.015%, P≤0.020%, Cu≤0.20%，余为Fe。

本发明中，所述化学成分进一步优选为(wt%)：C 0.37-0.41%, Si 0.45-0.55%, Mn 1.50-1.60%, Cr 0.22-0.28%，V 0.12-0.18%,AL 0.015 -0.025%, Ti 0.020 -0.030%, S≤0.010%, P≤0.015%, Cu≤0.10%，余为Fe。

一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢的生产工艺，其特征在于该生产工艺包括下列步骤：

 1）电炉冶炼，加入铁水及废钢，实现预脱P及成分初调；得到如下成分，按重量百分比计为：C 0.20-0.30%, Si 0.08-0.16%, Mn 1.30-1.50%, Cr ≤0.20%， V ≤0.10%,AL 0.008 -0.030%, Ti ≤0.030% ,S≤0.025%, P≤0.015%, Cu≤0.10%，余为Fe；

2）LF精炼：在LF炉中脱S、脱O及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为（补充成分范围）：C 0.37-0.41%, Si 0.45-0.55%, Mn 1.50-1.60%, Cr 0.22-0.28%，V 0.12-0.18%,AL 0.015 -0.025%, Ti 0.020 -0.030%, S≤0.010%, P≤0.015%, Cu≤0.10%，余为Fe；

3）VD/RH精炼: 在VD/RH炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C 0.37-0.41%, Si 0.45-0.55%, Mn 1.50-1.60%, Cr 0.22-0.28%，V 0.12-0.18%,AL 0.015 -0.025%, Ti 0.020 -0.030%, S≤0.010%, P≤0.015%, Cu≤0.10%，余为Fe；

4）连铸:在连铸机上浇成矩形连铸坯；

5）连轧:经过连轧机组，轧制成圆钢，得到微合金化高强度、高韧性地质钻探用钢；该钢热轧正火状态的力学性能为：抗拉强度R_m=760-900MPa、屈服强度R_el=550-700MPa、伸长率A₁₀=12-15%、低温冲击功（Aku，-20℃）=50-60J。

下面具体说明本发明钢化学成分的限定理由。