ZG20CrNiMnMo铸钢及其铸钢件制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于铸钢材料技术领域，设及一种ZG20化NiMnMo铸钢，本发明还设及该种 ZG20化NiMnMo铸钢件的制备方法。
【背景技术】
[0002] 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Spec API 7K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】
[0003] 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。
[0004] 本发明的另一目的是提供该种ZG20化NiMnMo铸钢件的制备方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种ZG20CrNiMnMo铸钢，由W下组分按照质量百分 比组成：
[0006] C 为 0.20 %-0.25 % ,Ni 为 0.80 %-1.20% ,Mo 为 0.50 %-0.70 % ,Cr 为 0.70 %-1.10%，]?11为0.95%-1.25%，51为0.45%-0.75%，5<0.015%，口<0.02%，化<0.25%，八1 <0.08%，余量为化，合计为100 %。
[0007] 本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的ZG20化NiMnMo铸钢件的制备方法， 包括ZG20化NiMnMo铸钢制备、铸钢件诱注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法，
[000引所述的铸钢件诱注方法是，采用吹气式滑动水口吹入惰性气体，均匀成分和钢水 溫度，去除气体和夹杂，并引流诱注成形，砂型诱注后至少保溫72小时脱模去砂。
[0009] 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、低溫冲击初性较高、泽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】
[0010] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[001 U 本发明的ZG20化NiMnMo铸钢，由W下组分按照质量百分比(Wt% )组成：
[0012] C 为 0.20 %-0.25 % ,Ni 为 0.80 %-1.20% ,Mo 为 0.50 %-0.70 % ,Cr 为 0.70 %-1.10%，]?11为0.95%-1.25%，51为0.45%-0.75%，5<0.015%，口<0.02%，化<0.25%，八1 <0.08%，余量为化，合计为100 %。
[0013] 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，合理确定了儀、钢、铭、儘等的加入量。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% W下;Ni的加入是为了提高 钢的强初性能，也考虑到Ni对低溫初性的良好作用;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泽透 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% W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初性，使钢材变脆。运一切都为 实现新钢种具有良好的力学性能提供了必要条件。
[0014] 本发明ZG20化NiMnMo铸钢件的制备方法是，包括ZG20化NiMnMo铸钢制备、铸钢件 诱注、铸钢件清切、及铸钢件热处理方法，
[0015] 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，氧化溫度> 1580°C;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%的钢铁细化晶粒，推渣揽拌均匀；出钢前5分 钟，加0.1-0.15 %的稀±娃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；出钢溫度1610°C-1630°C。
[0016] 该ZG20化NiMnMo铸钢件诱注方法是:采用吹气式滑动水口吹入惰性气体(选择氣 气），均匀成分和钢水溫度，去除气体和夹杂，并引流诱注成形，砂型诱注后至少保溫72小时 脱模去砂。
[0017] 该ZG20CrNiMnMo铸钢件清切方法是：铸钢件打箱落砂后，毛巧直接进害正火，在 900°C保溫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°C 左右热切冒口，热切冒口完成后，立即趁热进电害加热至620°C-66(rC保溫25-48小时，进行 高溫去氨处理，然后空冷。清除铸钢件上的粘砂、夹杂物、诱冒口残留等缺陷。必要时可对铸 钢件缺陷预热补焊，预热溫度为300°C;铸钢件补焊完成后，加热至350°C保溫2小时进行消 氨处理，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°C保溫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。
[0018] 该2620灯化1碰〇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 °C保溫4-5小时后水冷;再加热至620 ± 20°C保溫8-9小时后空冷。
[0019]实施例1
[0020] 按照W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：
[0021] 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%，5为0.011%，口为0.02%，〇1为0.05%41含0.08%，余量为化，合计为100%。
[0022] 对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表1。
[0023] 表1，铸钢高强度件力学性能指标
[0024]
[0025] 实施例2
[0026] 按照W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：
[0027] 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%A1 含 0.07%，余量为化，合计为 100%。
[0028] 对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表2。
[0029] 表2,铸钢高强度件力学性能指标
[0030]
[0031] 实施例3
[0032] 按照W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：
[0033] 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%A1 含 0.06%，余量为化，合计为 100%。
[0034] 对125单基尔试块取样进行力学性能测试数据见下表3。
[0035] 表3,铸钢高强度件力学性能指标
[0036]
[0037]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Spec API 7K和8C的技术要求，具有铸造性能好、强度高、低溫冲击初性较好、泽透 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。
【主权项】
1. 一种ZG20CrNiMnMo铸钢，其特征在于，由以下组分按照质量百分比组成： (：为0.20%-〇.25%，附为0.80%-1.20%，]?〇为0.50%-〇.70%，0为0.70%-1.10%，]/111 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 %。2. -种权利要求1所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，包括ZG20CrNiMnMo铸钢制 备方法、铸钢件浇注方法、铸钢件清切方法及铸钢件热处理方法，其特征在于： 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。3. 根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，其特征在于，所述的铸钢制 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2 1580Γ ;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， 再加钼铁细化晶粒，推渣搅拌均匀；出钢前5分钟，加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°C_1630°C。4. 根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，其特征在于，所述的铸钢件 清切方法是:铸钢件打箱落砂后，毛坯直接进窑正火，在900°C保温5小时后空冷;正火结束 后，在300°C热切冒口，立即趁热进电窑加热至620°C_660°C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°C;铸钢件补焊完成后，加热至350°C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°C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。5. 根据权利要求2所述的ZG20CrNiMnMo铸钢件的制备方法，其特征在于，所述的铸钢件 热处理方法是:对二次正火后的铸钢件先加热至940±10°C保温4-5小时后水冷;再加热至 620 ± 20 °C保温8-9小时后空冷。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C22C38/08, B22D1/00, C22C38/04, C22C38/18, C22C38/16, C22C38/02, C22C38/12, C22C33/06, C22C38/06, C21D6/00
【公开号】CN105714194
【申请号】CN201610111529
【发明人】任军鹏, 刘宏亮, 王平怀, 刘永飞, 张中旗
【申请人】宝鸡石油机械有限责任公司