合金结构钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及合金结构钢及其制备方法，属于钢铁生产领域。本发明专利技术提供了合金结构钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.26‑0.37％、Si：0.15‑0.45％、Mn：0.50‑0.90％、Cr：0.90‑1.30％、Mo：0.15‑0.40％、Ni：015‑0.40％、Al：0.01‑0.05％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cu≤0.20％、V≤0.02％、B≤0.0007％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。

Alloy structural steel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
合金结构钢及其制备方法
本专利技术涉及合金结构钢及其制备方法，属于钢铁生产领域。
技术介绍
合金结构钢主要用作机械零件和各种工程构件。由于合金元素的作用，合金结构钢具有合适的淬透性；经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比，较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件，如石油、天然气开采的钻具。随着国内外对石油天然气的需求不断增长，油气资源勘探开发向深井(井深4500米-6000米)、超深井(井深6000米-9000米)、特超深井(井深超过9000米)及深海方向发展已成必然趋势。钻柱是石油、天然气开采的主要工具，由钻铤、钻杆、钻头及各种连接件等钻具组成。钻具是钻柱的主要组成部分，其质量好坏直接影响钻柱的安全可靠性和使用寿命。深井用钻柱服役环境恶劣，地质条件复杂，不仅要承受交变的拉伸、压缩、内压、弯曲、冲击等载荷作用，而且还要受到高温高压的影响以及井壁的摩擦和油、气、泥浆等介质的磨损和腐蚀等。在深井、超深井及复杂地质环境条件下钻井，钻具失效事故时有发生。钻具失效的主要原因是使用工况和环境、钻具质量缺陷及使用者的操作和机械损伤等，其中由钻具自身质量缺陷引起的失效占失效总数的30％，且绝大部分是因材料冲击韧性偏低造成的。因此，对合金结构钢的化学成分进行优化，提高其综合力学性能，以减少使用过程中因韧性偏低造成的失效事故率，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供合金结构钢。本专利技术的另一目的在于提供所述合金结构钢的制备方法。本专利技术提供了合金结构钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.26-0.37％、Si：0.15-0.45％、Mn：0.50-0.90％、Cr：0.90-1.30％、Mo：0.15-0.40％、Ni：015-0.40％、Al：0.01-0.05％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cu≤0.20％、V≤0.02％、B≤0.0007％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。本专利技术按照夹杂物评级标准GB/T10561评价出结构钢中A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.5级、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。进一步地，其化学成分按重量百分比计为：C：0.28-0.32％、Si：0.20-0.40％、Mn：0.60-0.80％、Cr：0.95-1.20％、Mo：0.20-0.35％、Ni：0.20-0.35％、Al：0.015-0.040％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cu≤0.20％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，其化学成分按重量百分比计为：C：0.28-0.32％、Si：0.20-0.35％、Mn：0.59-0.80％、Cr：0.95-1.20％、Mo：0.20-0.30％、Ni：0.20-0.30％、Al：0.020-0.040％、P：0.009-0.014％、S：0.006-0.014％、Cu：0.04-0.05％、H：0.00011-0.00015％，T[O]≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。进一步地，所述的合金结构钢是将含有所述化学成分的钢水依次进行浇铸、钢坯加热和锻造制备得到的。进一步地，所述浇铸满足以下至少一项：在氩气氛围中进行浇铸；钢水的平均浇铸温度为1520-1540℃；控制铸坯拉速为0.45-0.60m/min；优选地，铸坯平均拉速为0.50-0.55m/min。其中，浇铸时钢水过热度为15-30℃。其中，所述浇铸采用小方坯连铸的方式，在连铸步骤中，在从钢包—中间包—结晶器的全过程采用浸入式长水口、保护渣及氩气进行保护浇铸，防止钢液裸露产生二次氧化；控制铸坯拉速在0.45-0.60m/min，稳定拉速，防止结晶器液面的波动。进一步地，所述钢坯加热满足以下至少一项：将钢坯加热到1150-1200℃，于1100-1150℃保温1.0-3.0小时，总加热时间不超过5.0小时；优选地，保温时间为2-3小时；优选地，总加热时间为3.4-4.5小时。其中，钢坯锻造后，采用常规的方法冷却即可，如采用堆垛空冷方式冷却。本专利技术提供了所述合金结构钢的制备方法：将钢水依次进行浇铸、钢坯加热和锻造，即得；其中，所述钢水通过转炉吹炼、钢包精炼和真空精炼得到。进一步地，所述转炉吹炼满足以下至少一项：以铁水总重量为基准，将吹炼终点的C含量控制在0.05-0.10重量％，P含量≤0.015重量％，S含量≤0.015重量％；在出钢过程中将增碳剂、预脱氧剂、精炼渣、硅铁合金、硅锰合金、铬铁合金、钼铁合金及镍板加入到钢包中，使得在该步骤得到的钢水中，以所述钢水总重量为基准，C含量为0.20-0.26重量％、Si含量为0.15-0.20重量％、Mn含量为0.45-0.50重量％、Cr含量为0.95-1.20重量％、Mo含量为0.20-0.30重量％、Ni含量为0.20-0.30重量％；优选地，所述预脱氧剂选自铝铁合金、硅钙钡合金、铝锰铁合金中一种或两种以上；优选地，相对于每吨钢水，所述预脱氧剂的加入量为2.0-5.0千克，控制钢水氧活度在0.0030％以下；优选地，相对于每吨钢水，所述精炼渣的加入量为4.0-8.0千克；出钢后对钢包进行吹氩；优选地，采用0.4-0.9MPa的压力对钢包进行吹氩；优选地，吹氩时间为5-20min。进一步地，所述钢包精炼满足以下至少一项：所述钢包精炼在具备加热功能的LF炉中进行；所述钢包精炼加入精炼渣，精炼渣的用量为相对于每吨钢水1.5-8.0千克；所述钢包精炼加入金属铝，金属铝的用量为相对于每吨钢水0.2-0.5千克；所述钢包精炼控制钢包渣碱度在2.0-4.0之间，使钢水中的S含量在0.015重量％以下；精炼温度为1620-1650℃；精炼时间为25-60分钟。进一步地，所述真空精炼满足以下至少一项：采用真空循环脱气法RH；将增碳剂、硅铁合金、锰铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍板以及金属铝在真空条件下与钢包精炼得到的钢水接触，得到所述化学成分的钢水；控制真空度在500帕以下；真空精炼后的温度为1560-1580℃；真空精炼时间为10-20分钟。进一步地，所述增碳剂选自沥青焦、无烟煤、碳粉中一种或两种以上。本专利技术生产的合金结构钢屈服强度可以达到820-960兆帕，抗拉强度可以达到960-1150兆帕，伸长率A可以达到15-18.0％，-50℃冲击性能可以达到80-98焦耳/平方厘米，既具有较高的强度，又具有良好的塑韧性，综合力学性能较好。相较于现有的合金结构钢，本专利技术尤其具有冲击韧性高的优势，能够满足石油、天然气开采等工作环境下的使用要求。具体实施方式本专利技术提供了合金结构钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.26-0.37％、Si：0.15-0.45％、Mn：0.50-0.90％、Cr：0.90-1.30％、Mo：0.15-0.40％、Ni：015-0.40％、Al：0.01-0.05％、P≤0.020％、S≤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.合金结构钢，其特征是：其化学成分按重量百分比计为：C：0.26‑0.37％、Si：0.15‑0.45％、Mn：0.50‑0.90％、Cr：0.90‑1.30％、Mo：0.15‑0.40％、Ni：015‑0.40％、Al：0.01‑0.05％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cu≤0.20％、V≤0.02％、B≤0.0007％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。

【技术特征摘要】
1.合金结构钢，其特征是：其化学成分按重量百分比计为：C：0.26-0.37％、Si：0.15-0.45％、Mn：0.50-0.90％、Cr：0.90-1.30％、Mo：0.15-0.40％、Ni：015-0.40％、Al：0.01-0.05％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cu≤0.20％、V≤0.02％、B≤0.0007％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。2.如权利要求1所述的合金结构钢，其特征是：其化学成分按重量百分比计为：C：0.28-0.32％、Si：0.20-0.40％、Mn：0.60-0.80％、Cr：0.95-1.20％、Mo：0.20-0.35％、Ni：0.20-0.35％、Al：0.015-0.040％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cu≤0.20％、H≤0.0002％，T[O]≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质；优选地，其化学成分按重量百分比计为：C：0.28-0.32％、Si：0.20-0.35％、Mn：0.59-0.80％、Cr：0.95-1.20％、Mo：0.20-0.30％、Ni：0.20-0.30％、Al：0.020-0.040％、P：0.009-0.014％、S：0.006-0.014％、Cu：0.04-0.05％、H：0.00011-0.00015％，T[O]≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的合金结构钢，其特征是：它是将含有所述化学成分的钢水依次进行浇铸、钢坯加热和锻造制备得到的。4.如权利要求3所述的合金结构钢，其特征是：所述浇铸满足以下至少一项：在氩气氛围中进行浇铸；钢水的平均浇铸温度为1520-1540℃；控制铸坯拉速为0.45-0.60m/min；优选地，铸坯平均拉速为0.50-0.55m/min。5.如权利要求3所述的合金结构钢，其特征是：所述钢坯加热满足以下至少一项：将钢坯加热到1150-1200℃，于1100-1150℃保温1.0-3.0小时，总加热时间不超过5.0小时；优选地，保温时间为2-3小时；优选地，总加热时间为3....

【专利技术属性】
技术研发人员：代华云，柯晓涛，邓通武，雷秀华，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51