[发明专利]一种高强韧石油吊环用钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧石油吊环用钢及其制备方法，属于钢铁材料技术领域，解决了现有技术中石油吊环用钢低温韧性较差的问题。石油吊环用钢以质量百分比计的化学成分为：C 0.10％～0.20％、Si 0.80％～1.20％、Mn 3.00％～4.00％、Cr 0.01％～0.05％、Mo 0.01％～0.05％、P≤0.01％、S≤0.005％，以及Ti和V之中的一种或两种，Ti+V 0.010％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的制备方法制备的高强韧石油吊环用钢具备高强度和优异的低温冲击性能，综合性能优异。

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，特别涉及一种高强韧石油吊环用钢及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国石油资源在常规工况环境下的开发殆尽，石油开采转向更加恶劣的工况环境。在低温环境作业下，石油钻采材料的低温脆断问题逐渐暴露出来，严重影响了采油效率、成本和安全。因此，面对这一新形势，对石油钻采装备材料提出了非常高的要求，需要具备更佳的低温服役性能。石油吊环是石油钻采钻机装备中的关键受力连接件，其主要作用是提升，在石油钻采中起着举足轻重的关键作用。由于在垂直方向载荷大，所以对吊环的质量要求苛刻。随着石油开采设备的不断升级，吊环截面尺寸也越来越大，比如Φ100mm、Φ125mm、Φ140mm规格等。这使得采用传统吊环的成分及制备方法时制备难度增加，往往由于芯部淬透性不足或者不均匀，导致材料发生失效。另外，材料的截面尺寸过大，对锻造、机加工、热处理等各个环节的技术和加工设备要求提高，同时不易加工，精度难保证。

20SiMn2MoV钢是一种高强度的低碳马氏体钢，具有较好的淬透性、锻造工艺性能，是目前主要用于石油钻机的吊环、吊卡等受力部件的钢铁材料。申请人经过深入研究发现，采用20SiMn2MoV钢制备大尺寸大型锻件截面的石油吊环产品，存在热处理淬透性限制，低温韧性不足等问题，低温冲击功通常只有几十焦耳，现有材质很难实现同时具有高强度与高韧性匹配的力学性能，严重影响了产品性能的提高，限制了产品应用的范围。

CN1861314A、CN102205385A、CN105312848A均公开了一种单臂/双臂吊环的锻造加工方法，所涉及的发明内容为吊环的锻造方法，但对于吊环的成分和性能，如力学性能等不得而知。

CN206051255U、CN206816195U、CN203463037U、CN202970533U对于吊环所涉及的制作材料、锻造加工方法并未涉及。

因此，如何设计合适的化学成分和工艺制备高强韧的石油吊环用钢是目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种高强韧石油吊环用钢及其制备方法，用以解决现有石油吊环用钢低温韧性较差的问题，在满足力学性能的基础上不增加石油吊环用钢的成本。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种高强韧石油吊环用钢，以质量百分比计的化学成分为：C 0.10％～0.20％、Si 0.80％～1.20％、Mn 3.00％～4.00％、Cr 0.01％～0.05％、Mo0.01％～0.05％、P≤0.01％、S≤0.005％，以及Ti和V之中的一种或两种，Ti+V 0.010％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，以质量百分比计，Si 0.85％～1.16％。

进一步的，以质量百分比计，Mn 3.13％～3.7％。

进一步的，以质量百分比计，Mo 0.02％～0.05％。

另一方面，本发明还提供了一种高强韧石油吊环用钢的制备方法，包括：

步骤1：对高强韧石油吊环用钢的原料进行冶炼，得到钢锭；

步骤2：对钢锭进行初次锻造成圆柱坯；