专利名称：一种含稀土石油钻铤钢材料及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金材料领域，具体地说，涉及一种含稀土石油钻铤钢材料及其生产工艺。
背景技术：
钻铤是石油、天然气钻柱的最重要组成部分之一，具有向钻头提供钻进的压力及提高钻柱刚性的作用。随着经济的发展，石油钻采工程不断增加，使得钻采石油装置中的钻铤需求也不断增大。用于石油开采的钻铤钢材要具有良好的强度、韧性、冲击韧性及耐磨耐腐蚀等力学性能。目前，用于开采石油的钻铤材料，基本上是铬钥钢制造，对微量元素的含量进行有效的控制。并采用淬火、正火等热处理方法提高钻铤材料的综合性能。但是，最近几年钻采环境更加复杂和恶劣，要求钻铤能在更加苛刻的条件下进行工作，对其耐压强度、冲击韧性和耐腐性的要求更高。此外，钻铤属于易耗、不可替代型工业类产品，是油气田钻探井钻柱的重要组成部分和损耗件，经分别就中石化、中石油、中海油三大石油公司的需求量进行统计，国内年钻铤需求约3万支。另据统计，国际市场每年以超过10%的增长率稳步增长，市场需求量不断增长。所以，研发出合理的热处理工艺对石油钻铤综合力学性能具有非常重要的生产和经济意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土石油钻铤钢材料，该钢材料具有较好的强度、冲击韧性和耐磨性能，用其制备的石油钻铤可应用到高强、高硬、高温、腐蚀性等环境中。本发明的技术方案如下:一种含稀土石油钻铤钢材料，`所述含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41 0.52，Si0.15 0.35，Mn0.65 1.00，Cr0.75 1.20，Mo0.15 0.25，P ^ 0.02, S ^ 0.015，Re0.003 0.006，其余为 Fe，质量分数共计为 100%。进一步，所述含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41，Si0.27，Mn0.82，Cr0.92，Mo0.21，P0.015，S0.012，Re0.003，其余为 Fe,质量分数共计为100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe,质量分数共计为 100% ;或者，C0.42，Si0.23，Mn0.88，Crl.04，Mo0.18，P0.020，S0.007，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.52，Si0.35，Mnl.0,Crl.20，Mo0.25，P0.015，S0.015，Re0.006，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.41，Si0.15，Mn0.65，Cr0.75，Mo0.15，P0.020，S0.010，Re0.003，其余为 Fe,质量分数共计为
100% ο进一步:Re包括La和Ce。本发明所要解决的另一技术问题是提供一种含稀土石油钻铤钢材料的生产工艺，可以生产具有好强度、冲击韧性和耐磨性能的钢材料，用其制备的石油钻铤可应用到高强、高硬、高温、腐蚀性等环境中。本发明的技术方案如下:一种含稀土石油钻铤钢生产工艺，包括:炼钢生产过程、钢的轧制过程和轧态钢热处理过程；得到的含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41 0.52，Si0.15 0.35，Mn0.65 1.00，Cr0.75 1.20，Mo0.15 0.25，P 彡 0.02，S 彡 0.015，Re0.003 0.006，其余为Fe，质量分数共计为100%，其中，Re包括La和Ce。进一步，所述炼钢生产过程包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸。进一步:所述转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰和铬铁合金脱氧合金化，脱氧剂为铝锰铁，脱氧剂加入量为350kg/炉，铁水加入量为95吨/炉，废钢加入量为20吨/炉，硅锰合金加入量IOOOkg/炉，铬铁合金加入量为1800kg/炉，每炉出钢量为105吨，出钢温度^ 1500°C，出钢过程中加顶渣石灰350kg ;所述脱氧剂在钢水铺满罐底后开始加入到出钢至1/2时结束，所述硅锰和铬铁 合金在出钢至1/4时开始加入到出钢至1/2时结束；所述LF精炼包括:根据所述转炉冶炼的出钢后钢水的化学成分和温度，在LF炉中进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，底吹氩气搅拌贯穿于整个所述LF精炼过程；所述VD脱气的真空度彡0.lOKPa，深真空时间彡15min，过冷度AT彡40°C，所述VD脱气全程底吹氩气搅拌；所述圆坯连铸采用结晶器电磁搅拌；所述圆坯连铸全程保护浇铸，在中间包和结晶器钢水液面上采用固体保护渣保护、钢包到中间包采用长水口保护、中间包到结晶器采用浸入式水口保护，控制过热度< 30°C。进一步，所述钢的轧制过程包括:圆坯锯切、加热、初轧、连轧、锯切、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；所述加热温度为1120 1260°C ;出炉温度为1080 1180°C，开轧温度彡1150°C，终轧温度为860 930。。。进一步，所述轧态钢热处理过程包括:正火和回火；所述正火的温度为700 7500C，保温5 7小时；回火温度为600 650°C，保温2 2.5小时，升温速度小于90°C /h，冷却速度小于50°C /h。进一步，生产得到的含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41，Si0.27，Mn0.82，Cr0.92，Mo0.21，P0.015，S0.012，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.42，Si0.23，Mn0.88，Crl.04，Mo0.18，P0.020，S0.007，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.52，Si0.35，Mnl.0,Crl.20，Mo0.25，P0.015，S0.015，Re0.006，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.41，Si0.15，Mn0.65，Cr0.75，Mo0.15，P0.020，S0.010，Re0.003，其余为 Fe,质量分数共计为
100% ο本发明的技术效果如下:1、本发明的钢材料中存在的天然Re，使钢材具有良好强度、韧性及力学性能。2、本发明的方法制备的石油钻铤用钢，具有很好的拉伸强度和冲击韧性。
3、本发明的生产工艺具有独特的热处理工艺，生产效率高、节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
具体实施例方式本发明采用包钢自有矿石为原料，该矿石中含有稀土元素。该稀土元素包括La和Ce。炼钢生产过程为:铁水预处理一转炉冶炼一LF精炼一VD脱气一圆坯连铸。转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰和铬铁合金脱氧合金化。本发明冶炼该含稀土钻铤钢加入脱氧剂为铝锰铁，脱氧剂的量一般根据终点碳确定。本发明中脱氧剂加入量为350kg/炉，铁水加入量为95吨/炉，废钢加入量为20吨/炉，硅锰合金加入量IOOOkg/炉，铬铁合金加入量为1800kg/炉，每炉出钢量为105吨。出钢温度> 1500°C，出钢过程中加顶渣石灰350kg。脱氧剂要在钢水铺满罐底后开始加入到出钢至1/2时结束，硅锰和铬铁合金要在出钢至1/4时开始加入到出钢至1/2时结束。然后根据转炉出钢后钢水的化学成分和温度，在LF (Ladle Furnace)即钢包炉中进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，底吹氩气搅拌贯穿于整个精炼过程。随后将钢包移至VD (Vacuum Degassing)即真空吹氩脱气法处理工位，VD脱气的真空度彡0.lOKPa，深真空时间 彡15min，过冷度Λ T彡40°C。全程底吹氩气搅拌的条件下，达到脱气、去夹杂、均匀成分和温度的目的。将化学成分和温度满足要求的钢水吊至圆坯连铸机进行浇铸，得到所需规格的圆钢坯料。连铸过程中采用结晶器电磁搅拌；全程保护浇铸，即在中间包和结晶器钢水液面上采用固体保护渣保护、钢包到中间包采用长水口保护、中间包到结晶器采用浸入式水口保护，控制过热度< 30°C，以保证铸坯具有良好的内外部质量。经检测，各实施例的化学成分如表I所示。表I各实施例化学成分(质量百分数/%)
权利要求
1.一种含稀土石油钻铤钢材料，其特征在于，所述含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41 0.52，Si0.15 0.35，Mn0.65 1.00，Cr0.75 1.20，Mo0.15 0.25,P ^ 0.02, S ^ 0.015，Re0.003 0.006，其余为 Fe，质量分数共计为 100%。
2.如权利要求1所述的含稀土石油钻铤钢材料，其特征在于，所述含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41，Si0.27，Mn0.82，Cr0.92，Mo0.21，P0.015，S0.012，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.42，Si0.23，Mn0.88，Crl.04，Mo0.18，P0.020，S0.007，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75，Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.52，Si0.35，Mnl.0, Crl.20，Mo0.25，P0.015，S0.015，Re0.006，其余为Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.41，Si0.15，Mn0.65，Cr0.75，Mo0.15，P0.020，S0.010，Re0.003，其余为Fe，质量分数共计为100%。
3.如权利要求1或2所述的含稀土石油钻铤钢材料，其特征在于:Re包括La和Ce。
4.一种含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于，包括:炼钢生产过程、钢的轧制过程和轧态钢热处理过程；得到的含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41 0.52, Si0.15 0.35,Mn0.65 1.00, Cr0.75 1.20,Mo0.15 0.25,P ( 0.02，S彡0.015，Re0.003 0.006，其余为Fe，质量分数共计为100%，其中，Re包括La和Ce。
5.如权利要求4所述的含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于，所述炼钢生产过程包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸。
6.如权利要求5所述的含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于: 所述转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰和铬铁合金脱氧合金化，脱氧剂为铝锰铁，脱氧剂加入量为350kg/炉， 铁水加入量为95吨/炉，废钢加入量为20吨/炉，硅锰合金加入量IOOOkg/炉，铬铁合金加入量为1800kg/炉，每炉出钢量为105吨，出钢温度彡1500°C，出钢过程中加顶渣石灰350kg ;所述脱氧剂在钢水铺满罐底后开始加入到出钢至1/2时结束，所述硅锰和铬铁合金在出钢至1/4时开始加入到出钢至1/2时结束； 所述LF精炼包括:根据所述转炉冶炼的出钢后钢水的化学成分和温度，在LF炉中进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，底吹氩气搅拌贯穿于整个所述LF精炼过程； 所述VD脱气的真空度彡0.lOKPa，深真空时间彡15min，过冷度Λ T彡40°C，所述VD脱气全程底吹氩气搅拌； 所述圆坯连铸采用结晶器电磁搅拌；所述圆坯连铸全程保护浇铸，在中间包和结晶器钢水液面上采用固体保护渣保护、钢包到中间包采用长水口保护、中间包到结晶器采用浸入式水口保护，控制过热度< 30°C。
7.如权利要求4所述的含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于，所述钢的轧制过程包括:圆坯锯切、加热、初轧、连轧、锯切、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；所述加热温度为1120 1260°C ;出炉温度为1080 1180°C，开轧温度彡1150°C，终轧温度为860 9300C ο
8.如权利要求4所述的含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于，所述轧态钢热处理过程包括:正火和回火；正火温度为700 750°C，保温5 7小时；回火温度为600 650°C，保温2 2.5小时，升温速度小于900C /h，冷却速度小于50°C /h。
9.如权利要求4 8任一所述的含稀土石油钻铤钢生产工艺，其特征在于，生产得到的含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为:C0.41，Si0.27，Mn0.82，Cr0.92，Mo0.21，P0.015，S0.012，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75, Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.42，Si0.23，Mn0.88，Crl.04，Mo0.18，P0.020，S0.007，Re0.003，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.45，Si0.31，Mn0.75, Cr0.96，Mo0.20，P0.012，S0.004，Re0.004，其余为Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.52，Si0.35，Mnl.0, Crl.20，Mo0.25，P0.015，S0.015，Re0.006，其余为 Fe，质量分数共计为 100% ;或者，C0.41，Si0.15，Mn0.65，Cr0.75，Mo0.15，P0.020，S0.010，R e0.003，其余为Fe，质量分数共计为100%。
全文摘要
本发明公开了一种含稀土石油钻铤钢材料，所述含稀土石油钻铤钢材料的化学成分的质量百分含量为C0.41～0.52，Si0.15～0.35，Mn0.65～1.00，Cr0.75～1.20，Mo0.15～0.25，P≤0.02，S≤0.015，Re0.003～0.006，其余为Fe，质量分数共计为100%。本发明还公开了一种含稀土石油钻铤钢生产工艺。本发明的钢材料具有较好的强度、冲击韧性和耐磨性能，用其制备的石油钻铤可应用到高强、高硬、高温、腐蚀性等环境中。
文档编号C21D8/00GK103233164SQ20131014750
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者薛虎东, 宋振东, 周彦, 苏航, 吕刚, 高明星, 智建国, 涛雅 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司