ZG20CrNiMnMo铸钢及其铸钢件制备方法

摘要

本发明公开了一种ZG20CrNiMnMo铸钢，由以下组分按照质量百分比(wt％)组成：C为0.20％?0.25％，Ni为0.80％?1.20％，Mo为0.50％?0.70％，Cr为0.70％?1.10％，Mn为0.95％?1.25％，Si为0.45％?0.75％，S≤0.015％，P≤0.02％，Cu≤0.25％，Al≤0.08％，余量为Fe，合计为100％。本发明还公开了该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法。本发明的ZG20CrNiMnMo铸钢所制作的石油钻机及钻采工具，铸造性能好、高强度、低温冲击韧性较高、淬透性和焊接性能良好，完全满足海洋石油钻机及钻采工具的使用要求。

说明书

技术领域

本发明属于铸钢材料技术领域，涉及一种ZG20CrNiMnMo铸钢，本发 明还涉及该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法。

背景技术

随着石油钻采设备市场国际化，对石油钻机的材质性能提出了更高的要 求，钻采设备的材质性能必须符合SpecAPI7K或8C的要求。由于钻采工 具是钻机钻采作业的关键部件，因其材料及力学性能要求极其严格，已成为 海洋钻机生产的“瓶颈”问题，严重阻碍了的石油钻采机械设备快速发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZG20CrNiMnMo铸钢，解决现有技术中石油 钻机及钻采工具缺乏高强度铸钢材料，其力学性能不能满足实际需要的问 题。

本发明的另一目的是提供该种ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种ZG20CrNiMnMo铸钢，由以下组分 按照质量百分比组成：

C为0.20％-0.25％，Ni为0.80％-1.20％，Mo为0.50％-0.70％，Cr为 0.70％-1.10％，Mn为0.95％-1.25％，Si为0.45％-0.75％，S≤0.015％， P≤0.02％，Cu≤0.25％，Al≤0.08％，余量为Fe，合计为100％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的ZG20CrNiMnMo铸钢件 的制备方法，包括ZG20CrNiMnMo铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、 及铸钢件热处理方法，

所述的铸钢件浇注方法是，采用吹气式滑动水口吹入惰性气体，均匀成 分和钢水温度，去除气体和夹杂，并引流浇注成形，砂型浇注后至少保温72 小时脱模去砂。

本发明的有益效果是，采用该种ZG20CrNiMnMo铸钢所制作的石油钻 机及钻采工具，具有铸造性能好、高强度、低温冲击韧性较高、淬透性和焊 接性能良好的特性，完全满足海洋石油钻机及钻采工具的使用要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的ZG20CrNiMnMo铸钢，由以下组分按照质量百分比(wt％) 组成：

C为0.20％-0.25％，Ni为0.80％-1.20％，Mo为0.50％-0.70％，Cr为 0.70％-1.10％，Mn为0.95％-1.25％，Si为0.45％-0.75％，S≤0.015％， P≤0.02％，Cu≤0.25％，Al≤0.08％，余量为Fe，合计为100％。

本发明上述的组分及其含量，按照海洋石油钻机及钻采工具的力学性能 和实际使用要求，合理确定了镍、钼、铬、锰等的加入量。其中的C元素是 强化钢材的最有效元素，但考虑到铸钢件可能出现的焊接失效问题，故把C 含量控制在0.25％以下；Ni的加入是为了提高钢的强韧性能，也考虑到Ni 对低温韧性的良好作用；Mn、Cr元素虽主要起固溶强化作用，但从资源条 件和成本节约方面考虑，提出了高Mn低Cr的思路；Mo的加入是为了提高 钢的淬透性；为了控制钢中夹杂物的含量，减少铸钢件的“冷脆性”和“热脆 性”，P、S元素均要求控制在0.020％以下，Cu、Al均为铸钢在冶炼过程中 不可辟免的外来非添加元素，并且对钢材力学性能影响较大，必须严格控制， 它们都严重影响钢的冲击韧性，使钢材变脆。这一切都为实现新钢种具有良 好的力学性能提供了必要条件。

本发明ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法是，包括ZG20CrNiMnMo 铸钢制备、铸钢件浇注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法，

ZG20CrNiMnMo铸钢制备方法是：根据预定的化学成分，精选炉料， 在电孤炉内冶炼，氧化温度≥1580℃；在炼钢的还原期保持白渣精炼的同时， 在出钢前5-10分钟调整化学成分至预定范围内，先加Si-Fe，再加0.5-0.7％ 的钼铁细化晶粒，推渣搅拌均匀；出钢前5分钟，加0.1-0.15％的稀土硅对 夹杂物的形态进行变质改性处理，确保化学成分在预定范围内；出钢温度 1610℃-1630℃。

该ZG20CrNiMnMo铸钢件浇注方法是：采用吹气式滑动水口吹入惰性 气体(选择氩气)，均匀成分和钢水温度，去除气体和夹杂，并引流浇注成 形，砂型浇注后至少保温72小时脱模去砂。

该ZG20CrNiMnMo铸钢件清切方法是：铸钢件打箱落砂后，毛坯直接 进窑正火，在900℃保温5小时后空冷。在正火之前不得进行喷水、切割冒 口等工作。正火结束后，在300℃左右热切冒口，热切冒口完成后，立即趁 热进电窑加热至620℃-660℃保温25-48小时，进行高温去氢处理，然后空 冷。清除铸钢件上的粘砂、夹杂物、浇冒口残留等缺陷。必要时可对铸钢件 缺陷预热补焊，预热温度为300℃；铸钢件补焊完成后，加热至350℃保温2 小时进行消氢处理，并对铸钢件非加工面打磨出金属光泽。铸钢件打磨完成 后进行二次正火处理，加热950℃保温3小时后空冷，二次正火后对铸钢件 进行喷丸处理，除净氧化皮。

该ZG20CrNiMnMo铸钢件热处理方法是：对二次正火后的铸钢件先加 热至940±10℃保温4-5小时后水冷；再加热至620±20℃保温8-9小时后空冷。

实施例1

按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化 学成份(Wt％)如下：

炉号1：C为0.21％，Ni为1.17％，Mo为0.52％，Cr为0.76％，Mn 为1.08％，Si为0.54％，S为0.011％，P为0.02％，Cu为0.05％Al≤0.08％， 余量为Fe，合计为100％。

对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表1。

表1，铸钢高强度件力学性能指标

实施例2

按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化 学成份(Wt％)如下：

炉号2：C为0.24％，Ni为1.1％，Mo为0.58％，Cr为0.96％，Mn 为1.2％，Si为0.64％，S为0.012％，P为0.025％，Cu为0.055％Al≤0.07％， 余量为Fe，合计为100％。

对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表2。

表2，铸钢高强度件力学性能指标

实施例3

按照以上工艺制作的石油钻机及钻采工具(铸钢件)的125基尔试棒化 学成份(Wt％)如下：

炉号3：C为0.22％，Ni为0.97％，Mo为0.6％，Cr为1.05％，Mn 为0.98％，Si为0.48％，S为0.008％，P为0.015％，Cu为0.045％Al≤0.06％， 余量为Fe，合计为100％。

对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表3。

表3，铸钢高强度件力学性能指标

可见，本发明经12支125单基尔试块取样进行力学性能测试表明，其 力学性能指标远远高于SpecAPI7K和8C的技术要求，具有铸造性能好、 强度高、低温冲击韧性较好、淬透性和焊接性能良好的特性，完全满足了海 洋石油钻机及钻采工具的使用要求。