本发明专利技术公开了一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢及其生产工艺，本发明专利技术通过调整C、Mn、Cr、Mo含量，加入一定量的Ni、Nb，使得钢的强度、低温冲击性能得到大幅度提高,满足石油阀体的工况对材料塑韧性及强硬度同时提高的要求，明显优于普通30CrMo钢。本发明专利技术生产工艺流程为转炉+精炼+真空处理+连铸。转炉工序采用双渣或多渣操作控制出钢P≤0.010%；在精炼装置中进行精炼，精炼成分调整完成后，采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物。本发明专利技术通过RH/VD工艺,可显著提高钢的洁净度，从而显著提高钢的強韧性；采用弧形连铸机，使用结晶器专用保护渣，长水口氩封、中包充氩、使用内装侵入式水口实行全程全保护浇铸生产连铸圆坯，防止钢水二次氧化、吸气。
【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢及其生产工艺
：本专利技术涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及一种高强度、高韧性石油阀体用钢及其生产工艺。
技术介绍
：随着世界经济的持续增长，尤其是发展中国家的迅速崛起，对石油的需求量将继续呈现高增长的趋势，而另一方面，目前易采区的油源逐步枯竭，为满足石油需求量的逐年提高，石油的开采呈现开采深度增加、由陆地转向海洋、由浅海向深海、由赤道向两级过渡的趋势，开采设备工况越来越恶劣，对开采设备能力的要求越来越高。石油钻井平台阀体作为开采设备的关键部件，需要满足高压、低温等越来越苛刻的工况，对其所用钢材提出了更高的要求。目前用于开发新型石油阀体用钢所需要的特种钢，有的在国内市场很难找到，甚至是空白，有的因质量存在一定问题而难以使用，仍然需要进口。因此石油机械制造商希望钢铁企业尽快研制开发，跟上石油开采行业的高速发展的需求。目前，国内外使用的石油阀体用钢为普通中碳铬钼钢（30CrMo钢），其抗拉强度Rm为600～650MPa、屈服强度Rm为430～470MPa、伸长率δ5为26～30%（由A200换算而得）、断面收缩率Z为26～30%，-60℃下冲击功AKV为9～40J，因此普通中碳铬钼钢强度、耐冲击性能均较低，使用寿命较短，不能满足越来越苛刻的钻井平台工矿条件，寿命短，消耗大，不稳定性带来的损失大。石油阀体的制造工艺为：下料→加热→自由锻→模锻→热处理→机加工→探伤→精加工→性能检验。材料的成分，决定了在一定热处理下的组织，组织决定了材料的性能。由于该类工件特殊的服役工况，对其性能要求较苛刻，因此合理的成分设计，以满足其特殊的工况对性能的要求是本钢种设计的关键。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度、强韧性石油阀体用钢，其强度、低温耐冲击韧性优越，钢坯经锻轧后（压缩比≥4），经整体热处理，热处理工艺为正火+淬火（加热至843℃～885℃保温后水或聚合物淬火）+回火（加热至649℃～704℃保温后空冷），在距边缘25mm部位取样检测具有如下力学性能：抗拉强度≥665MPa，屈服强度≥517MPa，延伸率≥18%，收缩率≥35%，-60℃纵向冲击功≥30J，能够满足越来越严峻的海洋石油开采工况。本专利技术通过以下技术方案实现：一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢，其化学成分wt%为：C0.28-0.35%,Si0.20-0.35%,Mn0.70-0.80%,Cr0.95-1.10%，Ni0.35-0.50%,Mo0.18-0.25%,Nb0.01-0.04%,S≤0.020%,P≤0.020%，［O］≤0.0020%，［H］≤0.00016%，余为Fe。所述化学成分进一步优选为（wt%）：C0.29-0.33%,Si0.25-0.32%,Mn0.70-0.78%,Cr1.00-1.06%，Ni0.40-0.45%,Mo0.20-0.25%,Nb0.02-0.03%,S≤0.005%,P≤0.015%，［O］≤0.0020%，［H］≤0.00016%余为Fe。下面具体说明本专利技术一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢化学成分的限定理由。C：C能与多种元素一起形成不同的碳化物，并显著提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑韧性恶化。C是提高钢的强度最廉价元素。如果C含量低于0.28%，强度达不到客户使用要求。如果C含量高于0.35%，材料的韧性将明显降低，因此取C含量控制在0.28%-0.35%。Si：在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于P，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。Si易使钢呈带状组织，因而使钢材的横向性能低于纵向性能。Si虽然也提高钢的淬透性，但由于Si含量高了，易于产生石墨化现象和增加表面的脱碳倾向，石墨化的出现，降低了钢的塑性和耐冲击性能及淬硬性，因此仅用Si提高共析钢和亚共析钢淬透性的办法没有实际的意义。所以本专利技术按照石油阀体使用的各项性的要求，适当采用低的Si含量。所以Si取值范围为：0.25-0.35%。Mn：Mn和铁形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Mn在钢中由于降低钢的临界转变温度，所以起到细化珠光体的作用，也间接起到提高珠光体强度的作用；扩大奥氏体相区，提高奥氏体组织稳定性，强烈的增加钢的淬透性；当Mn含量低于0.70%时，材料的力学性能很难达到石油阀体用钢的使用要求，当Mn含量高于0.80%时，加大了工件淬火后的变形趋势，对石油阀体热处理工艺十分不利，另外Mn含量高时，有使晶粒粗化的倾向、增加钢的回火脆敏感性，综合考虑Mn含量确定为0.70-0.80%。Cr：Cr和铁能形成连续固溶体，和多种碳化物，能显著提高材料的淬透性，同时能提高钢的抗腐蚀和耐磨性，但Cr亦增加钢的回火脆性。Cr含量的增加对钢退火后的强度和硬度提高的比较缓慢。这是因为Cr对于固溶强化铁素体本来就是很弱的元素，当退火时，一部分Cr又形成碳化物，致使固溶于铁素体中的Cr减少，所以退火后对提高钢的强度表现的较弱。加入铬，可以与锰起到相互激发的作用，充分发挥锰的作用，更能大大降低临界冷却速度，而使钢的淬透性显著提高，考虑到钢的使用性能及成本，所以确定Cr含量为0.95-1.10%。Ni:与Fe以互溶形式存在于钢中的α相或γ相中，使之强化，并通过细化α相的晶粒，改善钢的低温性能，特别是韧性，可以明显的改善钢材的冲击性能，并提高钢的耐腐蚀性。但是，Ni在全世界范围都是一种比较稀缺的元素，是一种重要的战略物资，作为合金化元素，尽量少用，同时，如果Ni含量过高会造成氧化铁皮不易脱落，未脱落的氧化铁皮易导致锻造过程中造成锻件表面凹坑，增加后期机加工的量，增加工作量，材料损失大。所以本专利技术Ni范围取0.35%-0.50%。这也是本专利技术的一个创新点。Mo:能提高钢的淬透性、热强性，并能提高钢的抗腐蚀性与防止点蚀倾向的作用。当Mo含量超过0.25%时，对材料性能改善的效果不明显，所以综合考虑，本专利技术Mo含量为0.18%-0.25%。Nb:细化晶粒和沉淀强化作用，提高钢的晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高钢的强度、韧性及对蠕变的抗力等。同时，Nb对降低钢中的气体含量及改善钢的低温冲击韧性有显著作用。当Nb含量高于0.04%时，作用增加不明显。所以，本专利技术的一创新点为Nb含量定为0.01%-0.04%。P：增加钢的脆性，尤其是低温脆性，对钢材低温冲击功影响较大，且P为易偏析元素，造成钢严重偏析，对本钢种的使用来说，应该控制越低越好，根据生产保障能力，控制P≤0.015%。O：在室温时对钢的强度影响不大，但使钢的伸长率和面缩率显著的降低，在较低温度和O含量极低时，材料的强度和塑性均随O含量的增加而急剧降低。冲击性能方面，随着O含量的增加冲击的最大值逐渐降低，脆性转变温度却很快地升高，脆性转变温度的范围也随着变宽。同时，随着O含量的增加，材料的氧化夹杂物几率大大增加，从而降低材料的疲劳寿命。本专利技术及生产工艺可以将O含量控制在0.0020%以内。H：氢使钢的塑性降低，主要是使低温冲击功、延伸率及断面收收缩降低。氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢，其特征在于：其化学成分wt%为：C 0.28‑0.35%, Si 0.20‑0.35%, Mn 0.70‑0.80%, Cr 0.95‑1.10%，Ni 0.35‑0.50%,Mo 0.18‑0.25%,Nb 0.01‑0.04%, S≤0.020%, P≤0.020%，［O］≤0.0020%，［H］≤0.00016%，余量为Fe。
【技术特征摘要】
1.一种高强度、高韧性石油钻井平台阀体用钢，其特征在于：其化学成分wt%为：C0.28-0.35%,Si0.20-0.35%,Mn0.70-0.80%,Cr0.95-1.10%，Ni0.35-0.50%,Mo0.18-0.25%,Nb0.01-0.04%,S≤0.020%,P≤0.020%，［O］≤0.0020%，［H］≤0.00016%，余量为Fe；具体生产步骤如下：按上述组分wt%，（1）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼，采用双渣或者多渣实现预脱P，使用出钢滑板机构控制下渣，防止出钢回P，达到控制出钢P≤0.010%，出钢每吨钢加入合成精炼渣500kg、铝类脱氧剂150kg及多种高纯合金进行预脱氧及成分初调；（2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，造高碱度渣R为5.0-8.0，强化脱S、去夹杂，精炼过程采用全程吹氩搅拌；（3）真空脱气：在LF精炼后采用RH/VD脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，在高真空下保持25分钟以上，保证［H］≤0.00016%、［O］≤0.0020%，所有成分进入要求的范围；（4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后喂丝线对夹杂物变性，并进行软吹处理，软吹时间为20分钟；（5）连铸：采用弧形连铸机，使用结晶器专用保护渣，长水口氩封、中包充氩、使用内装侵入式水口实行全程全保护浇铸生产连铸圆坯，防止钢水二次氧化、吸气；（6）锻轧和热处理：钢坯经锻轧后，压缩比≥4，进行整体热处理：正火+淬火，即加热至843℃～885℃保温后水或聚合物淬火，再回火，即加热至649℃～704℃保温后空冷。2.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性石...
【专利技术属性】
技术研发人员：石可伟，郑力宁，马建超，孙大文，卢洪星，张洪才，梁佰战，左辉，杨顺虎，
申请(专利权)人：江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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