ZG20CrNiMnMo鑄鋼及其鑄鋼件制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鑄鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種ZG20化NiMnMo鑄鋼，本發(fā)明還設(shè)及該種 ZG20化NiMnMo鑄鋼件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油鉆采設(shè)備市場國際化，對石油鉆機(jī)的材質(zhì)性能提出了更高的要求，鉆采 設(shè)備的材質(zhì)性能必須符合Spec API 7K或8C的要求。由于鉆采工具是鉆機(jī)鉆采作業(yè)的關(guān)鍵 部件，因其材料及力學(xué)性能要求極其嚴(yán)格，已成為海洋鉆機(jī)生產(chǎn)的"瓶頸"問題，嚴(yán)重阻礙了 的石油鉆采機(jī)械設(shè)備快速發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種ZG20CrNiMnMo鑄鋼，解決現(xiàn)有技術(shù)中石油鉆機(jī)及鉆采工 具缺乏高強(qiáng)度鑄鋼材料，其力學(xué)性能不能滿足實(shí)際需要的問題。
[0004] 本發(fā)明的另一目的是提供該種ZG20化NiMnMo鑄鋼件的制備方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種ZG20CrNiMnMo鑄鋼，由W下組分按照質(zhì)量百分 比組成：
[0006] C 為 0.20 %-0.25 % ,Ni 為 0.80 %-1.20% ,Mo 為 0.50 %-0.70 % ,Cr 為 0.70 %-1.10%，]?11為0.95%-1.25%，51為0.45%-0.75%，5<0.015%，口<0.02%，化<0.25%，八1 <0.08%，余量為化，合計(jì)為100 %。
[0007] 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種上述的ZG20化NiMnMo鑄鋼件的制備方法， 包括ZG20化NiMnMo鑄鋼制備、鑄鋼件誘注、鑄鋼件清切、及鑄鋼件熱處理方法，
[000引所述的鑄鋼件誘注方法是，采用吹氣式滑動(dòng)水口吹入惰性氣體，均勻成分和鋼水 溫度，去除氣體和夾雜，并引流誘注成形，砂型誘注后至少保溫72小時(shí)脫模去砂。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是，采用該種ZG20CrNiMnMo鑄鋼所制作的石油鉆機(jī)及鉆采工 具，具有鑄造性能好、高強(qiáng)度、低溫沖擊初性較高、澤透性和焊接性能良好的特性，完全滿足 海洋石油鉆機(jī)及鉆采工具的使用要求。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[001 U 本發(fā)明的ZG20化NiMnMo鑄鋼，由W下組分按照質(zhì)量百分比(Wt% )組成：
[0012] C 為 0.20 %-0.25 % ,Ni 為 0.80 %-1.20% ,Mo 為 0.50 %-0.70 % ,Cr 為 0.70 %-1.10%，]?11為0.95%-1.25%，51為0.45%-0.75%，5<0.015%，口<0.02%，化<0.25%，八1 <0.08%，余量為化，合計(jì)為100 %。
[0013] 本發(fā)明上述的組分及其含量，按照海洋石油鉆機(jī)及鉆采工具的力學(xué)性能和實(shí)際使 用要求，合理確定了儀、鋼、銘、儘等的加入量。其中的C元素是強(qiáng)化鋼材的最有效元素，但考 慮到鑄鋼件可能出現(xiàn)的焊接失效問題，故把C含量控制在0.25% W下;Ni的加入是為了提高 鋼的強(qiáng)初性能，也考慮到Ni對低溫初性的良好作用;Mn、Cr元素雖主要起固溶強(qiáng)化作用，但 從資源條件和成本節(jié)約方面考慮，提出了高M(jìn)n低Cr的思路;Mo的加入是為了提高鋼的澤透 性;為了控制鋼中夾雜物的含量，減少鑄鋼件的"冷脆性"和"熱脆性"，P、S元素均要求控制 在0.020% W下，Cu、Al均為鑄鋼在冶煉過程中不可辟免的外來非添加元素，并且對鋼材力 學(xué)性能影響較大，必須嚴(yán)格控制，它們都嚴(yán)重影響鋼的沖擊初性，使鋼材變脆。運(yùn)一切都為 實(shí)現(xiàn)新鋼種具有良好的力學(xué)性能提供了必要條件。
[0014] 本發(fā)明ZG20化NiMnMo鑄鋼件的制備方法是，包括ZG20化NiMnMo鑄鋼制備、鑄鋼件 誘注、鑄鋼件清切、及鑄鋼件熱處理方法，
[0015] ZG20CrNiMnMo鑄鋼制備方法是：根據(jù)預(yù)定的化學(xué)成分，精選爐料，在電孤爐內(nèi)冶 煉，氧化溫度> 1580°C;在煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時(shí)，在出鋼前5-10分鐘調(diào)整化學(xué) 成分至預(yù)定范圍內(nèi)，先加 Si-Fe，再加0.5-0.7%的鋼鐵細(xì)化晶粒，推渣攬拌均勻；出鋼前5分 鐘，加0.1-0.15 %的稀±娃對夾雜物的形態(tài)進(jìn)行變質(zhì)改性處理，確?；瘜W(xué)成分在預(yù)定范圍 內(nèi)；出鋼溫度1610°C-1630°C。
[0016] 該ZG20化NiMnMo鑄鋼件誘注方法是:采用吹氣式滑動(dòng)水口吹入惰性氣體(選擇氣 氣），均勻成分和鋼水溫度，去除氣體和夾雜，并引流誘注成形，砂型誘注后至少保溫72小時(shí) 脫模去砂。
[0017] 該ZG20CrNiMnMo鑄鋼件清切方法是：鑄鋼件打箱落砂后，毛巧直接進(jìn)害正火，在 900°C保溫5小時(shí)后空冷。在正火之前不得進(jìn)行噴水、切割冒口等工作。正火結(jié)束后，在300°C 左右熱切冒口，熱切冒口完成后，立即趁熱進(jìn)電害加熱至620°C-66(rC保溫25-48小時(shí)，進(jìn)行 高溫去氨處理，然后空冷。清除鑄鋼件上的粘砂、夾雜物、誘冒口殘留等缺陷。必要時(shí)可對鑄 鋼件缺陷預(yù)熱補(bǔ)焊，預(yù)熱溫度為300°C;鑄鋼件補(bǔ)焊完成后，加熱至350°C保溫2小時(shí)進(jìn)行消 氨處理，并對鑄鋼件非加工面打磨出金屬光澤。鑄鋼件打磨完成后進(jìn)行二次正火處理，加熱 950°C保溫3小時(shí)后空冷，二次正火后對鑄鋼件進(jìn)行噴丸處理，除凈氧化皮。
[0018] 該2620燈化1碰〇鑄鋼件熱處理方法是:對二次正火后的鑄鋼件先加熱至940±10 °C保溫4-5小時(shí)后水冷;再加熱至620 ± 20°C保溫8-9小時(shí)后空冷。
[0019]實(shí)施例1
[0020] 按照W上工藝制作的石油鉆機(jī)及鉆采工具（鑄鋼件）的125基爾試棒化學(xué)成份 (Wt%)如下：
[0021] 爐號 1: C為0.21 % ,Ni為1.17% ,Mo 為 0.52 % ,Cr 為 0.76 % ,Mn為 1.08 % ,Si為 0.54%，5為0.011%，口為0.02%，〇1為0.05%41含0.08%，余量為化，合計(jì)為100%。
[0022] 對125單基爾試塊取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)見下表1。
[0023] 表1，鑄鋼高強(qiáng)度件力學(xué)性能指標(biāo)
[0024]

[0025] 實(shí)施例2
[0026] 按照W上工藝制作的石油鉆機(jī)及鉆采工具（鑄鋼件）的125基爾試棒化學(xué)成份 (Wt%)如下：
[0027] 爐號2:C為0.24% ,Ni為1.1 % ,Mo為0.58%，Cr為0.96% ,Mn為1.2%，Si為0.64%， S為0.012%，P為0.025% ,Cu為0.055%A1 含 0.07%，余量為化，合計(jì)為 100%。
[0028] 對125單基爾試塊取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)見下表2。
[0029] 表2,鑄鋼高強(qiáng)度件力學(xué)性能指標(biāo)
[0030]

[0031] 實(shí)施例3
[0032] 按照W上工藝制作的石油鉆機(jī)及鉆采工具（鑄鋼件）的125基爾試棒化學(xué)成份 (Wt%)如下：
[0033] 爐號3: C為 0.22 % ,Ni 為 0.97 % ,Mo 為 0.6 % ,Cr為 1.05% ,Mn 為 0.98 % ,Si 為 0.48%，S為0.008%，P為0.015% ,Cu為0.045%A1 含 0.06%，余量為化，合計(jì)為 100%。
[0034] 對125單基爾試塊取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)見下表3。
[0035] 表3,鑄鋼高強(qiáng)度件力學(xué)性能指標(biāo)
[0036]

[0037]可見，本發(fā)明經(jīng)12支125單基爾試塊取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試表明，其力學(xué)性能指標(biāo) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Spec API 7K和8C的技術(shù)要求，具有鑄造性能好、強(qiáng)度高、低溫沖擊初性較好、澤透 性和焊接性能良好的特性，完全滿足了海洋石油鉆機(jī)及鉆采工具的使用要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種ZG20CrNiMnMo鑄鋼，其特征在于，由以下組分按照質(zhì)量百分比組成： (：為0.20%-〇.25%，附為0.80%-1.20%，]?〇為0.50%-〇.70%，0為0.70%-1.10%，]/111 為0.95%-1.25%，Si為0.45%-0.75%，S<0.015%，P<0.02%，Cu<0.25%，Al <0.08%， 余量為Fe，合計(jì)為100 %。2. -種權(quán)利要求1所述的ZG20CrNiMnMo鑄鋼件的制備方法，包括ZG20CrNiMnMo鑄鋼制 備方法、鑄鋼件澆注方法、鑄鋼件清切方法及鑄鋼件熱處理方法，其特征在于： 所述的鑄鋼件澆注方法是，采用吹氣式滑動(dòng)水口吹入惰性氣體，均勻成分和鋼水溫度， 去除氣體和夾雜，并引流澆注成形，砂型澆注后至少保溫72小時(shí)脫模去砂。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZG20CrNiMnMo鑄鋼件的制備方法，其特征在于，所述的鑄鋼制 備方法是:根據(jù)預(yù)定的化學(xué)成分，精選爐料，在電孤爐內(nèi)冶煉，氧化溫度2 1580Γ ;在煉鋼的 還原期保持白渣精煉的同時(shí)，在出鋼前5-10分鐘調(diào)整化學(xué)成分至預(yù)定范圍內(nèi)，先加 Si-Fe， 再加鉬鐵細(xì)化晶粒，推渣攪拌均勻；出鋼前5分鐘，加稀土硅對夾雜物的形態(tài)進(jìn)行變質(zhì)改性 處理，確保化學(xué)成分在預(yù)定范圍內(nèi)；出鋼溫度1610°C_1630°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZG20CrNiMnMo鑄鋼件的制備方法，其特征在于，所述的鑄鋼件 清切方法是:鑄鋼件打箱落砂后，毛坯直接進(jìn)窯正火，在900°C保溫5小時(shí)后空冷;正火結(jié)束 后，在300°C熱切冒口，立即趁熱進(jìn)電窯加熱至620°C_660°C保溫25-48小時(shí)，進(jìn)行高溫去氫 處理，然后空冷;清除鑄鋼件上的粘砂、夾雜物、澆冒口殘留等缺陷，必要時(shí)可對鑄鋼件缺陷 預(yù)熱補(bǔ)焊，預(yù)熱溫度為300°C;鑄鋼件補(bǔ)焊完成后，加熱至350°C保溫2小時(shí)進(jìn)行消氫處理，并 對鑄鋼件非加工面打磨出金屬光澤;鑄鋼件打磨完成后進(jìn)行二次正火處理，加熱950°C保溫 3小時(shí)后空冷，二次正火后對鑄鋼件進(jìn)行噴丸處理，除凈氧化皮。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZG20CrNiMnMo鑄鋼件的制備方法，其特征在于，所述的鑄鋼件 熱處理方法是:對二次正火后的鑄鋼件先加熱至940±10°C保溫4-5小時(shí)后水冷;再加熱至 620 ± 20 °C保溫8-9小時(shí)后空冷。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種ZG20CrNiMnMo鑄鋼，由以下組分按照質(zhì)量百分比(wt％)組成：C為0.20％?0.25％，Ni為0.80％?1.20％，Mo為0.50％?0.70％，Cr為0.70％?1.10％，Mn為0.95％?1.25％，Si為0.45％?0.75％，S≤0.015％，P≤0.02％，Cu≤0.25％，Al≤0.08％，余量為Fe，合計(jì)為100％。本發(fā)明還公開了該種ZG20CrNiMnMo鑄鋼件的制備方法，包括ZG20CrNiMnMo鑄鋼制備、鑄鋼件澆注、鑄鋼件清切、及鑄鋼件熱處理方法。本發(fā)明的ZG20CrNiMnMo鑄鋼所制作的石油鉆機(jī)及鉆采工具，鑄造性能好、高強(qiáng)度、低溫沖擊韌性較高、淬透性和焊接性能良好，完全滿足海洋石油鉆機(jī)及鉆采工具的使用要求。
【IPC分類】C22C38/08, B22D1/00, C22C38/04, C22C38/18, C22C38/16, C22C38/02, C22C38/12, C22C33/06, C22C38/06, C21D6/00
【公開號】CN105714194
【申請?zhí)枴緾N201610111529
【發(fā)明人】任軍鵬, 劉宏亮, 王平懷, 劉永飛, 張中旗
【申請人】寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司