專利名稱：一種鉆具用鋼以及冶煉鉆具用鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆具用鋼以及冶煉鉆具用鋼的方法，具體地，涉及一種具有高強(qiáng)度、高韌性的鉆具用鋼以及冶煉鉆具用鋼的方法。
背景技術(shù)：
鉆具是鉆探施工時(shí)用在鉆孔內(nèi)的整根鉆探管材柱及其接頭的總稱(不包括護(hù)孔用套管)。鉆具由主動(dòng)鉆桿、鉆鋌、巖心管以及底端的擴(kuò)孔器和鉆頭組成，必要時(shí)還在巖心管上部加接沉淀管或鉆鋌。鉆具的功用主要是在鉆探巖層過(guò)程中給鉆頭傳遞鉆頭壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，并向孔底輸送鉆孔沖洗液，收取巖礦心。隨著石油、天然氣開(kāi)采向深井、超深井(鉆井深度達(dá)6000米以上)定向鉆井發(fā)展以及高壓噴射強(qiáng)化鉆井新工藝的運(yùn)用，鉆井作業(yè)對(duì)鉆具的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，需要具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的抗疲勞性能的鉆具材料。目前，世界各國(guó)多采用具有一定淬透性的合金結(jié)構(gòu)鋼制造鉆鋌。以美國(guó)為代表，ASTM A304-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的代表性鋼種主要是AISI4145H，中國(guó)及其他國(guó)家均仿照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)鉆鋌用鋼，我國(guó)開(kāi)發(fā)的替代進(jìn)口的鋼種是45CrMnMo，鋼的成分和性能與AISI4145H接近，主要用于制造少121、0) 146、0) 159、0) 165、178、￠203等大規(guī)格鉆鋌。生產(chǎn)工藝方面，國(guó)內(nèi)外基本上采用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉+爐外精煉(主要是RH、VD等)+模鑄或連鑄+開(kāi)坯+軋制(或鍛造)圓鋼+退火、矯直的工藝生產(chǎn)石油鉆具用鋼，也有采用無(wú)縫鋼管制造鉆鋌的，但是因管壁太厚^Omm左右)，軋制鋼管時(shí)壁厚不均勻的問(wèn)題沒(méi)有得到解決，加之成本高，未能得到推廣。

美國(guó)ASTM A304-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定AISI4145H鉆具用鋼的化學(xué)成分:C含量為
0.42-0.49重量％、Si含量為0.15-0.30重量％、Mn含量為0.75-1.20重量％、Cr含量為
0.75-1.20重量％、Mo含量為0.15-0.25重量％、P含量彡0.035重量％、S含量彡0.035重量％、&1含量彡0.20重量％。而我國(guó)45CrMnMo鋼的成分為:C含量為0.41-0.49重量％、Si含量為0.15-0.35重量％、Mn含量為1.00-1.30重量％、Cr含量為1.00-1.30重量％、Mo含量為0.25-0.35重量％、P含量< 0.035重量％、S含量< 0.035重量％、Cu含量< 0.20重量％、Ni含量< 0.25重量％。目前，隨著石油工業(yè)和天然氣開(kāi)采業(yè)的快速發(fā)展，在不增加生產(chǎn)成本的前提下，要求大幅度提高鉆鋌的使用壽命，必然對(duì)鉆具用鋼的強(qiáng)度和塑韌性提出了更高的要求，即抗拉強(qiáng)度大于1000兆帕，屈服強(qiáng)度大于880兆帕，伸長(zhǎng)率大于17%，沖擊功Akv大于80焦耳。實(shí)際生產(chǎn)中采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的AISI4145H鉆具用鋼，鋼的抗拉強(qiáng)度為980兆帕-1100兆帕，屈服強(qiáng)度為820兆帕-980兆帕，伸長(zhǎng)率為13-19%，沖擊功Akv為55焦耳-80焦耳?？梢?jiàn)，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度勉強(qiáng)滿足要求，但是伸長(zhǎng)率和沖擊功仍有較大的差距。而采用我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的45CrMnMo鉆具用鋼，強(qiáng)度較高，但是塑韌性(指鋼的塑性和韌性，包括延伸率、斷面收縮率及沖擊韌性等)波動(dòng)大，控制不好就不能滿足要求，其鋼的抗拉強(qiáng)度為980兆帕-1200兆帕，屈服強(qiáng)度為870兆帕-1050兆帕，伸長(zhǎng)率為15-20%，沖擊功AkV為55焦耳-100焦耳。
要提高鉆具用鋼的強(qiáng)度，最簡(jiǎn)單的方法是提高鋼中C、S1、Mn、Cr、Mo等合金元素的含量，但是鋼的強(qiáng)度提高了，而塑韌性降低，更難滿足高韌性的要求。目前，生產(chǎn)的鉆具用鋼強(qiáng)度與塑韌性的匹配不好，表現(xiàn)在鋼的強(qiáng)度高，延伸率和沖擊韌性偏低，例如，《特殊鋼》雜志(2002年8月，第23卷第4期，第47-48頁(yè))報(bào)道了 4145H石油鉆鋌管的生產(chǎn)，將C含量控制在0.44-0.46重量％，Si含量0.21-0.34重量％，Mn含量0.93-1.11重量％、Cr含量
0.92-1.14重量％、Mo含量0.17-0.24重量％，經(jīng)過(guò)軋制鋼管較大的變形后，調(diào)質(zhì)處理鋼的抗拉強(qiáng)度高達(dá)1000兆帕以上，但是其平均伸長(zhǎng)率僅為16%，平均沖擊功AkV僅為70焦耳?！渡虾ｄ撗小冯s志(2004年第4期，第34-38頁(yè))報(bào)道了AISI4145H鉆鋌用鋼的研制情況，按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的成分，采用電爐、VD真空脫氣及模鑄工藝生產(chǎn)鉆具用鋼，調(diào)質(zhì)處理后鋼的抗拉強(qiáng)度為990兆帕-1210兆帕，屈服強(qiáng)度為855兆帕-1080兆帕，伸長(zhǎng)率為
16-22%，沖擊功AkV為72焦耳-110焦耳，但是其采用模鑄工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本聞。《大型鑄鍛件》雜志(2008年I月，第I期，第36-37頁(yè))報(bào)道了石油鉆桿用ASTM4145H的生產(chǎn)試制，將C含量控制在0.44-0.47重量％，Si含量為0.22-0.26重量％，Mn含量為0.94-0.98重量％、Cr含量為0.80-0.83重量％、Mo含量為0.15-0.16重量％，采用電爐、VD真空脫氣、模鑄、鍛造工藝生產(chǎn)，調(diào)質(zhì)處理后鋼的抗拉強(qiáng)度僅為925兆帕-1010兆帕，屈服強(qiáng)度僅為710兆帕-845兆帕，鋼的強(qiáng)度偏低，且采用模鑄工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高?！稒C(jī)械工程與自動(dòng)化》雜志(2007年8月，總第143期第4期，第84-86頁(yè))報(bào)道了冶煉工藝對(duì)AISI4145H鉆鋌用鋼沖擊功的影響，主要是降低鋼中雜質(zhì)含量，尤其是MnS夾雜的數(shù)量及形態(tài)控制，能有效提高鋼的沖擊性能，未對(duì)鋼的強(qiáng)度進(jìn)行研究。《大型 鑄鍛件》雜志(2007年10月，第6期，第42-43頁(yè))報(bào)道了ASTM4145H鋼沖擊功偏低的原因分析，將C含量控制在0.47-0.49重量％，Si含量為0.22-0.29重量％，Mn含量為1.06-1.13重量％、Cr含量為1.10-1.18重量％、Mo含量為0.25-0.39重量％，調(diào)質(zhì)處理后鋼的抗拉強(qiáng)度為1050兆帕-1090兆帕，屈服強(qiáng)度為900兆帕-980兆帕，伸長(zhǎng)率為
17-19%,但是沖擊功AKV僅為22焦耳-74焦耳，去掉因Sn偏高造成沖擊功偏低的爐次，最大沖擊功也僅達(dá)到70焦耳-74焦耳，鋼的強(qiáng)度高，但是塑韌性低?！独砘瘷z驗(yàn)-物理分冊(cè)》雜志(1998年I月，第34卷第I期，第22-24頁(yè))報(bào)道了國(guó)產(chǎn)4145H鋼性能的改善，將C含量控制在0.42-0.46重量％，Si含量為0.27-0.35重量％，Mn含量為1.01-1.11重量％、Cr含量為1.03-1.08重量％、Mo含量為0.26-0.30重量％，調(diào)質(zhì)處理后鋼的抗拉強(qiáng)度為992兆帕-1057兆帕，屈服強(qiáng)度為827兆帕-910兆帕，伸長(zhǎng)率為20.7-23%，沖擊功AKV為71焦耳-90焦耳，由于Mo含量較高，鋼的生產(chǎn)成本高，且強(qiáng)韌性不匹配?！朵撹F釩鈦》雜志(1995年6月，第16卷第2期，第22-29頁(yè))報(bào)道了45CrMnMo石油鉆具用鋼的實(shí)驗(yàn)室研究情況，將C含量控制在0.40% -0.52%, Si0.20% -0.46%,Mnl.03% -1.26%,Cr0.95% -1.47%,Mo0.25% -0.36%，調(diào)質(zhì)處理后鋼的抗拉強(qiáng)度為 1187兆帕-1325兆帕，屈服強(qiáng)度為1073兆帕-1298兆帕，伸長(zhǎng)率為12% -16%，沖擊功AKV為32焦耳-52.3焦耳，經(jīng)過(guò)熱處理工藝的調(diào)整，鋼的抗拉強(qiáng)度為905兆帕-1090兆帕，屈服強(qiáng)度為885兆帕-965兆帕，伸長(zhǎng)率為14% -20%，沖擊功AKV為58焦耳-97焦耳，該研究鋼的強(qiáng)度很高，但是塑韌性很低，且Mo含量高，大大增加了鋼的生產(chǎn)成本。CN101011707公開(kāi)了一種鉆鋌用厚壁無(wú)縫鋼管的制作工藝，該工藝包括有以下步驟:①管坯準(zhǔn)備、②縮徑穿孔、③縮徑軋管、④定徑、⑤超聲波探傷、⑥幾何尺寸精度至成品入庫(kù)。該發(fā)明的效果是省去了管坯的退火工序、管坯鏜孔的工序，加工企業(yè)節(jié)省了建設(shè)加工廠房和購(gòu)置深孔鏜床的資金，更重要的是可以使生產(chǎn)效率成倍增加，使得加工企業(yè)的產(chǎn)量和效益大幅增加。另外因采用該工藝生產(chǎn)的鋼管用料，也保證了加工企業(yè)鉆鋌質(zhì)量的穩(wěn)定性。對(duì)于加工企業(yè)來(lái)說(shuō)，使用熱軋鉆鋌管可以極大地提高產(chǎn)量和質(zhì)量，但是未涉及鋼的成分、性能等內(nèi)容。CN101550516A公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)爐冶煉45CrMnMo鋼的方法，主要是鋼的冶煉、脫氧、合金化、精煉等，目的是提聞生廣效率和合金收得率，未涉及鋼的具體成分控制和提聞力學(xué)性能的要求。CN1100176A及CN101311290A公開(kāi)的是兩種高強(qiáng)度無(wú)磁鉆具用鋼，經(jīng)過(guò)大變形鍛造后的鋼具有優(yōu)良的塑韌性，但是它們屬于低碳不銹鋼系列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鉆具用鋼不能兼顧較高的強(qiáng)度和較好的塑韌性的問(wèn)題，在不大幅增加鋼材生產(chǎn)成本的條件下，能夠解決鉆具用鋼塑韌性偏低問(wèn)題，而提供一種具有較高強(qiáng)度、較高韌性的鉆具用鋼及其制備方法。本發(fā)明提供了一種鉆具用鋼，其中，以所述鉆具用鋼的總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.4-0.49重量％、Si含量為0.15-0.37重量％、Mn含量為1-1.3重量％、Cr含量為1-1.3重量％、Mo含量為0.2-0.3重量％、A1含量為0.02-0.04重量％ 'Ni含量為0.25-0.5重量％、P含量< 0.015重量％、S含量< 0.015重量％、Cu含量< 0.2重量％、Sn含量(0.05重量％、As含量彡0.05重量％、H含量彡0.0002重量％、N含量彡0.009重量％，T
含量為< 0.002重量％，余量為鐵。本發(fā)明還提供一種冶煉鉆具用鋼的方法，其中，該方法包括冶煉鋼水，所述冶煉鋼水的方法為下述方法中的至少一種:方法⑴將脫硫鐵水進(jìn)行初煉，將初煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，并在出鋼過(guò)程中對(duì)初煉得到的鋼水進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，并將預(yù)脫氧合金化后的鋼水進(jìn)行爐外精煉；所述預(yù)脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧含量為< 0.003重量％ ;并加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使得以得到的預(yù)脫氧合金化的鋼水總重量為基準(zhǔn)，C含量為0.35-0.40重量％、Si含量為0.17-0.30重量％、Mn含量為1.00-1.10重量％、Cr含量為1.05-1.15重量％、Mo含量為0.20-0.25重量％、Ni含量為0.30-0.50重量％ ；所述爐外精煉在真空條件下進(jìn)行，將預(yù)脫氧合金化的鋼水進(jìn)行合金微調(diào)，使得該步驟獲得的鋼水中各成分的含量處于本發(fā)明所述的鉆具用鋼的范圍；方法(2)在真空條件下，將廢鋼進(jìn)行熔煉，所述熔煉的方法包括將廢鋼熔煉得到鋼水，并將鋼水進(jìn)行脫氧合金化，所述脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的 T
含量為< 0.002重量然后加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使以得到的鋼水總重量為基準(zhǔn)，鋼水中各成分的含量處于本發(fā)明所述的鉆具用鋼的范圍。本發(fā)明的方法能夠保證制備的鉆具用鋼含有一定的C、S1、Mn、Cr、Mo等合金元素含量，并含有一定含量的Ni元素，來(lái)細(xì)化鋼的晶粒，采用本方法生產(chǎn)的鋼材具備較高的強(qiáng)度，同時(shí)具有較高的塑韌性。本發(fā)明的鉆具用鋼的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1100-1230兆帕，屈服強(qiáng)度可以達(dá)到980-1100兆帕，伸長(zhǎng)率A可以達(dá)到17-19%，抗沖擊功可以達(dá)到110-125焦耳/平方厘米，所述沖擊功是在常溫下產(chǎn)生“V”型缺口沖擊時(shí)所需要的功。本發(fā)明提供的鉆具用鋼的強(qiáng)度和塑韌性高于現(xiàn)有技術(shù)提供的鉆具用鋼的強(qiáng)度和塑韌性，從而在不大幅度增加鋼材生產(chǎn)成本的前提下，實(shí)現(xiàn)了提高鉆具鋼強(qiáng)度和韌性的目的。
具體實(shí)施例方式本說(shuō)明書(shū)中所用術(shù)語(yǔ)“堿度”指精煉渣中堿性氧化物CaO的重量濃度與酸性氧化物SiO2的重量濃度之比。本說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“氧活度”指溶解于終點(diǎn)鋼水中的氧分子的重量濃度(自
由氧濃度)，單位為重量％。本說(shuō)明書(shū)中所述術(shù)語(yǔ)“總氧含量(T
) ”包括鋼液中活度氧含量和夾雜物中氧含量。所述活度氧含量和鋼中T
的測(cè)定方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如:采用TC600氧氮分析儀進(jìn)行測(cè)定。此外，通常情況下，在預(yù)合金化時(shí)使得鋼水中各組分含量調(diào)整為鋼種成分要求的中限和下限之間，至少達(dá)到下限；以及，在真空精煉的合金微調(diào)時(shí)，使得鋼水中各組分含量調(diào)整為鋼種成分要求的中限；其中，所述“中限”和“下限”指以每種鋼種計(jì)劃所要求的各成分含量的“中限”或“下限”為基準(zhǔn)上下波動(dòng)5-10重量％之內(nèi)的范圍。按照本發(fā)明提供的鉆具用鋼，以所述鉆具用鋼的總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.4-0.49重量％、Si含量為0.15-0.37重量％、Mn含量為1-1.3重量％、Cr含量為1-1.3重量％、Mo含量為0.2-0.3重量％、Al含量為0.02-0.04重量％、Ni含量為0.25-0.50重量％、P含量≤0.015重量％、S含量≤ 0.015重量％、(:11含量≤ 0.2重量％、511含量≤0.05重量％、As含量≤0.05重量％、H含量≤0.0002重量％、N含量≤0.009重量％，T
含量為≤ 0.002重量％，余量為鐵。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，在本發(fā)明的鉆具用鋼中，以該鉆具用鋼總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.43-0.47重量％、Si含量為0.20-0.30重量％、Mn含量為1.05-1.2重量％、Cr含量為1.05-1.2重量％、Mo含量為0.20-0.25重量％、Ni含量為0.30-0.50重量％41含量為0.02-0.04重量％、P含量≤ 0.015重量％、S含量≤0.015重量％、Cu含量(0.20重量％、Sn含量≤0.05重量％、As含量≤0.05重量％、H含量≤0.0002重量％、N含量≤0.009重量％、T
含≤0.0020重量％。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種冶煉鉆具用鋼的方法，其中，該方法包括冶煉鋼水，所述冶煉鋼水的方法為下述方法中的至少一種:方法(I)將脫硫鐵水進(jìn)行初煉，將初煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，并在出鋼過(guò)程中對(duì)初煉得到的鋼水進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，并將預(yù)脫氧合金化后的鋼水進(jìn)行爐外精煉；所述預(yù)脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧含量為< 0.003重量％ ;并加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使得以得到的預(yù)脫氧合金化的鋼水總重量為基準(zhǔn)，C含量為0.35-0.40重量％、Si含量為0.17-0.30重量％、Mn含量為1.00-1.10重量％、Cr含量為1.05-1.15重量％、Mo含量為0.20-0.25重量％、Ni含量為0.30-0.50重量％ ；所述爐外精煉在真空條件下進(jìn)行，將預(yù)脫氧合金化的鋼水進(jìn)行合金微調(diào)，使得該步驟獲得的鋼水中各成分的含量處于本發(fā)明所述的鉆具用鋼的范圍；方法(2)在真空條件下，將廢鋼進(jìn)行熔煉，所述熔煉的方法包括將廢鋼熔煉得到鋼水，并將鋼水進(jìn)行脫氧合金化，所述脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的T
含量為< 0.002重量然后加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使以得到的鋼水總重量為基準(zhǔn)，鋼水中各成分的含量·處于本發(fā)明所述的鉆具用鋼的范圍。需要說(shuō)明的是，下述方法I)中，所述/噸鋼水，或者以鋼水的總重量為基準(zhǔn)中所述的鋼水指的是初煉終點(diǎn)得到的鋼水。下述方法2)中，所述/噸鋼水，或者以鋼水的總重量為基準(zhǔn)中所述的鋼水指的是將廢鋼加熱熔煉后得到的鋼水。根據(jù)本發(fā)明，所述方法I)中，將脫硫鐵水進(jìn)行初煉的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行，例如，轉(zhuǎn)爐吹煉。所述吹煉是向鐵水中通入氧氣使鐵水中的一些雜質(zhì)，如碳、磷、硅氧化的過(guò)程。為了控制鋼水的氧化程度，降低鋼水中的含氧量，應(yīng)對(duì)吹煉終點(diǎn)進(jìn)行控制，以吹煉步驟中初煉得到的鋼水的總重量為基準(zhǔn)，所述吹煉終點(diǎn)的鋼水C含量控制在0.05-0.20重量％時(shí)，停止吹煉。為了使鋼水中P含量彡0.015重量％、S含量彡0.015重量％，可以采用脫硫、脫磷后的鐵水進(jìn)行吹煉。初煉后的出鋼溫度可以為不小于1670°C ；優(yōu)選 1670-1700°C。優(yōu)選地，所述吹煉可以采用轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，即為頂吹氧氣、底吹保護(hù)氣體，頂吹氧氣的量為20000-30000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，優(yōu)選，頂吹氧氣的量為23000-25000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)；供氧強(qiáng)度是2.5-3.7Nm3/噸鋼水 min，優(yōu)選供氧強(qiáng)度是2.5-3.0Nm3/噸鋼水 min ;底吹保護(hù)氣體的供氣強(qiáng)度為0.015-0.045Nm3/噸鋼水 min。例如，可以在吹煉前期底吹不活潑氣體(例如氮?dú)?，在吹煉后期切換為底吹惰性氣體(例如氬氣)。另外，所述轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉還包括出鋼后底吹6-10min氬氣，強(qiáng)度為0.l_3Nm3/噸鋼水 min，以強(qiáng)化出鋼前的終點(diǎn)前攪拌，從而進(jìn)一步降低出鋼鋼水的含氧量。所述保護(hù)氣體為惰性氣體和/或氮?dú)狻８鶕?jù)本發(fā)明，所述方法I)中，在出鋼過(guò)程中，通過(guò)向鋼水中加入脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，以降低鋼水中的含氧量，例如，使得鋼水的活度氧含量為不大于0.0030重量％。由于預(yù)脫氧是在出鋼過(guò)程中進(jìn)行，預(yù)脫氧形成的Al2O3有足夠的時(shí)間上浮到鋼水表面，易于除去。所述脫氧劑的加入量可以為本領(lǐng)域的常規(guī)加入量，所述脫氧劑的加入量?jī)?yōu)選為1.5-4.0千克/噸鋼水；更優(yōu)選地為2.0-3.5千克/噸鋼水。所述脫氧劑可以為本領(lǐng)域常規(guī)的脫氧劑，優(yōu)選為金屬鋁、鋁鐵或其他復(fù)合脫氧劑，所述復(fù)合脫氧劑可以為硅鈣鋇脫氧劑、鋁錳鐵脫氧劑中的一種或多種；更優(yōu)選鋁。根據(jù)本發(fā)明，在出鋼過(guò)程中，通過(guò)向鋼水中加入碳質(zhì)材料調(diào)節(jié)所述鋼水中的含碳量，其中，所述碳質(zhì)材料可以在脫氧劑之前加入，也可以在脫氧劑之后加入，優(yōu)選在加入脫氧劑后加入碳質(zhì)材料。本發(fā)明對(duì)所述碳質(zhì)材料沒(méi)有特別的限制，可以是本領(lǐng)域常用的各種碳質(zhì)材料，優(yōu)選，所述碳質(zhì)材料為選自浙青焦、無(wú)煙煤和碳粉中的一種或幾種；更優(yōu)選，無(wú)煙煤。所述碳質(zhì)材料的加入量可以為本領(lǐng)域的常規(guī)加入量，例如，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述碳質(zhì)材料的用量為2.0-5.8千克，更優(yōu)選為2.5-3.3千克。根據(jù)本發(fā)明，在出鋼過(guò)程中，通過(guò)向鋼水中加入硅鐵合金(Fe-Si)、金屬錳(Mn)、鉻鐵合金(Fe-Cr)、鑰鐵合金(Fe-Mo)和金屬鎳，如鎳板(鎳含量為99.9重量％ )進(jìn)行合金化以調(diào)節(jié)鋼水中的S1、Mn、Cr、Mo和Ni的含量使其滿足鉆具用鋼的成分要求。其中，所述碳質(zhì)材料與Fe-S1、Mn、Fe-Cr、Fe-Mo和Ni可以同時(shí)加入,優(yōu)選在加入脫氧劑和碳質(zhì)材料后加入 Fe-S1、Fe-Mn-S1、Fe-Cr、Fe-Mo 和 Ni。在出鋼過(guò)程中進(jìn)行預(yù)脫氧合金化優(yōu)選是在出鋼1/3-3/4(即出鋼到鋼包中的鋼水的量為總出鋼量的1/3-1/4)時(shí)進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明，所述方法I)中，所述爐外精煉可以是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的各種公知的爐外精煉方法，優(yōu)選為真空循環(huán)脫氣法(RH)。所述爐外精煉過(guò)程中的其它操作和流程均可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法進(jìn)行。在所述爐外精煉時(shí)，所述真空條件的真空度為本領(lǐng)域常規(guī)的真空度，優(yōu)選為不大于500帕，更優(yōu)選為不大于300帕，以降低鋼水中的H和0的含量。所述真空度為相對(duì)的真空度，即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓與絕對(duì)壓力的差值。按照本發(fā)明，所述精煉的開(kāi)始溫度可以為1590-1620°C，精煉的時(shí)間可以為12-20分鐘。所述真空精煉過(guò)程中還可以包括合金微調(diào)及進(jìn)一步使鋼液中氫氣、氧氣上浮，去除夾雜的步驟，所述合金微調(diào)的方法包括加入脫氧劑、碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳等合金以將鋼水中各成分調(diào)至鉆具鋼中各組分的中限左右。

通過(guò)控制真空度和精煉的時(shí)間，使H和N的含量處于本發(fā)明提供的鉆具用鋼的范圍；通過(guò)控制真空度和精煉的時(shí)間以及脫氧劑的添加量使0的含量處于本發(fā)明提供的鉆具用鋼的范圍。在進(jìn)入RH真空精煉爐之前，還優(yōu)選，對(duì)鋼水進(jìn)行調(diào)溫處理，以進(jìn)一步利于后續(xù)的精煉，例如，可以將鋼水送到LF爐進(jìn)行調(diào)溫處理到1600-1640°C。按照本發(fā)明，所述脫硫鐵水的組成中碳含量和硫含量分別為C彡0.33%,S 彡 0.015%。根據(jù)本發(fā)明，該方法還包括將冶煉得到的鋼水進(jìn)行澆鑄，所述連鑄的方法可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法進(jìn)行，例如，在保護(hù)氣體氣氛和保護(hù)渣的存在下，在1505-1530°C，將精煉得到的鋼水注入中間包并將鋼水從中間包澆注到結(jié)晶器中以被連續(xù)拉動(dòng)和冷卻，并將澆鑄得到的鋼鑄坯進(jìn)行軋制，所述軋制的方法包括在軋制前，將澆鑄后得到的鋼鑄坯加熱至1270-1300°C，并在1240-1270°C下保溫1.5-2.0小時(shí)。經(jīng)結(jié)晶器冷卻，使鋼水表面凝成硬殼，將該具有硬殼的鋼水從結(jié)晶器的出口連續(xù)拉出，使其在二次冷卻區(qū)和拉矯區(qū)冷卻而全部凝固，在拉矯區(qū)的出口得到連鑄坯。所述澆鑄的方法包括將鋼水注入連鑄中間包，并從連鑄中間包中將鋼水注入連鑄機(jī)中進(jìn)行澆注；連鑄中間包中的鋼水表面覆蓋有堿度為> 5的保護(hù)渣；使鋼水潔凈度達(dá)到T
含量為< 0.002重量％。在澆注鋼水過(guò)程中和鋼坯被連續(xù)拉動(dòng)、冷卻過(guò)程中，對(duì)鋼水和鋼坯提供惰性氣體保護(hù)以防止鋼水或鋼坯二次氧化。按照本發(fā)明，所述保護(hù)渣的種類可以為本領(lǐng)域常規(guī)的保護(hù)渣，例如，所述保護(hù)渣含有CaO、Al2O3和CaF2,且含或不含SiO2和MgO，以保護(hù)渣的總重量為基準(zhǔn)，所述CaO的含量為45-65重量%,所述Al2O3的含量為25-45重量%,所述SiO2的含量為0_10重量%,所述MgO的含量為0-5重量％，所述CaF2的含量為5_10重量％。按照本發(fā)明，向連鑄中間包中的鋼水表面加入保護(hù)渣的方法可以采用下述方法進(jìn)行:在中間包開(kāi)澆第一爐中間包中鋼水液位不低于800毫米時(shí)一次性加入。所述保護(hù)渣的加入量的可調(diào)節(jié)范圍較寬，只要保證所述保護(hù)渣的堿度為> 5即可，優(yōu)選情況下，所述保護(hù)渣的用量為0.2-0.5千克/噸鋼水，優(yōu)選為0.3-0.4千克/噸鋼。根據(jù)本發(fā)明，在所述方法2)中，優(yōu)選地，所述熔煉可以采用真空感應(yīng)爐，在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行真空熔煉的條件包括:壓力< 600帕，優(yōu)選為< 500帕；溫度為1600-1640°C，時(shí)間為40-80min。所述熔煉的方法為將廢鋼在真空感應(yīng)爐中加熱熔解得到所述鋼水，因此，優(yōu)選情況下，為了控制本發(fā)明的鉆具用鋼中各成分的含量，以廢鋼的總重量計(jì)，選取C含量< 0.40重量％、Si含量< 0.20重量％、Mn含量< 1.0重量％、0含量< 1.0重量％、] 0含量< 0.20重量％、Ni含量< 0.30重量％、P含量< 0.015重量％、S含量< 0.010重量％、Cu含量< 0.2重量％、As含量< 0.05重量％、Sn含量< 0.05重量％，余量為鐵的廢鋼。
根據(jù)本發(fā)明，在所述方法2)中，所述脫氧合金化直接在所述真空感應(yīng)爐中進(jìn)行。即，爐內(nèi)廢鋼完全熔融后，向鋼水中加入脫氧齊U、碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳，各物質(zhì)的加入量以所述鋼水總重量為基準(zhǔn)，使得該步驟獲得的鋼水中各成分的含量處于本發(fā)明所述的鉆具用鋼的各成分的含量范圍。根據(jù)本發(fā)明，在所述方法2)中，利用真空感應(yīng)爐鋼水中的各成分就可以直接調(diào)到要求的范圍，無(wú)需進(jìn)一步進(jìn)行爐外精煉。在該方法中所使用的脫氧劑、碳質(zhì)材料的種類以可以與方法I)中的相同，在此不再贅述。在所述方法2)中，所述脫氧劑的加入量可以為本領(lǐng)域的常規(guī)加入量，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述脫氧劑的用量為1.0-3.0千克；更優(yōu)選地為1.0-1.5千克。在所述方法2)中，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述碳質(zhì)材料的用量為2.0-4.0千克，更優(yōu)選為2.5-3.5千克。通過(guò)向鋼水中加入硅鐵合金(Fe-Si)、金屬錳(Mn)、鉻鐵合金(Fe-Cr)、鑰鐵合金(Fe-Mo)和金屬鎳，如鎳板(鎳含量為99.9重量％ )進(jìn)行合金化以調(diào)節(jié)鋼水中的S1、Mn、Cr、Mo和Ni的含量使其滿足鉆具用鋼的成分要求。根據(jù)本發(fā)明，在所述方法2)中，脫氧合金化后的鋼水在保護(hù)渣的存在下，直接澆鑄到鋼錠模中，澆鑄 時(shí)可以控制鋼水過(guò)熱度為30-60°C，鋼水的溫度為1530-1550°C。澆鑄后，可以按照常規(guī)方法進(jìn)行冷卻，如在室溫下自然冷卻。本發(fā)明提供的方法還包括將澆鑄得到的鋼坯或鋼錠進(jìn)行軋制或鍛造，本發(fā)明的軋制或鍛造可以按照常規(guī)的方法進(jìn)行；作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述軋制的方法包括在溫度為1270-1300°C下進(jìn)行加熱，并在1240-1270°C下保溫1.5-2.0小時(shí)出爐，按不小于4:1的鍛壓比將鋼坯軋制成圓鋼，且終鍛溫度為900°C以上，更優(yōu)選為900-1150°C。鋼坯軋制后，采用常規(guī)的方法冷卻即可，如采用堆垛空冷方式冷卻。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。各實(shí)施例控制的具體數(shù)值如表I所示。下述實(shí)施例中所用的中間包保護(hù)渣的組成與實(shí)施方式中的一樣。方法I和方法2的保護(hù)渣成分基本一樣。實(shí)施例1本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法I)冶煉的鉆具用鋼的性能。(I)吹煉以及出鋼
將脫硫后的鐵水倒入氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，頂吹氧氣供氧量為22700標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(供氧強(qiáng)度是2.SNm3/噸鋼水 min)，吹煉28分鐘，以鋼水總重量為基準(zhǔn)，吹煉終點(diǎn)控制為C含量0.08重量％、P含量0.008重量％、S含量0.007重量％，并將吹煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，出鋼溫度為1700°C。出鋼時(shí)，相對(duì)于每噸鋼水，先加入脫氧劑鋁鐵(Al含量彡40重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)3.0千克，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧< 0.003重量％，出鋼三分之一后，相對(duì)于每噸鋼水，依次加入無(wú)煙煤(C含量> 93重量％，攀枝花陽(yáng)城冶金輔料有限公司)3.3千克、Fe-Si (Si含量為74重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.3千克、金屬錳(Mn含量彡99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.5千克、Fe-Cr (Cr含量為63重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)15.1千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.3千克、鎳板(Ni含量為彡99.9重量％ )3.0千克，進(jìn)行C、S1、Mn、Cr、Mo、Ni元素的合金化(各實(shí)施例控制的具體數(shù)值如表I所示)。(2)爐外精煉將合金化后的鋼水送到LF爐進(jìn)行調(diào)溫處理到1600°C，然后送到RH真空裝置進(jìn)行真空處理，精煉開(kāi)始鋼水溫度為1590°C，真空度控制在300帕，鋼水真空處理5分鐘后，補(bǔ)力口Al粒，Al粒的加入量使得鋼水中的T
含量為彡0.002重量％，然后加入無(wú)煙煤、Fe-S1、Fe-Mn,Fe-Cr,Fe-Mo和Ni板等對(duì)鋼水成分進(jìn)行微調(diào)，使鋼中各組分達(dá)到鉆具鋼的要求的鋼中成分的中限左右。鋼水真空處理總時(shí)間為20分鐘，精煉結(jié)束后鋼水溫度為1555°C。(3)澆鑄將精煉后的鋼水從中間包澆注到結(jié)晶器中以被連續(xù)拉動(dòng)和冷卻，以進(jìn)行澆鑄得到鑄坯，澆鑄在氬氣氛圍中進(jìn)行，澆鑄過(guò)程中在中間包上添加保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，鋼水平均澆鑄溫度控制在1505°C。(4)鋼坯軋制采用推鋼式加熱爐將得到的鋼鑄坯加熱到1270°C，然后在1240°C下保溫2小時(shí)后將鑄坯進(jìn)行軋制，終鍛溫度控制在900°C。軋制后采用堆垛空冷方式進(jìn)行冷卻室溫。各成分的檢測(cè)方法分別為碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T4336，檢測(cè)結(jié)果如表I所示。氧、氮含量的檢測(cè)方法為脈沖加熱惰氣熔融_紅外線吸收法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T11261。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。實(shí)施例2本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法I)冶煉的鉆具用鋼的性能。與實(shí)施例1相同的方法制備鉆具用鋼，不同的是:(I)吹煉以及出鋼將脫硫后的鐵水倒入氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，頂吹氧氣供氧量為20000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(供氧強(qiáng)度是2.5Nm3/噸鋼水 min)，吹煉20分鐘，以鋼水總重量為基準(zhǔn)，吹煉終點(diǎn)控制為C含量0.19重量％、P含量0.013重量％、S含量0.010重量％，并將吹煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，出鋼溫度為1670°C。出鋼時(shí)，相對(duì)于每噸鋼水，先加 入脫氧劑鋁鐵(Al含量彡40重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.6千克，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧< 0.003重量％，出鋼三分之一后，相對(duì)于每噸鋼水，依次加入無(wú)煙煤(C含量> 93重量％，攀枝花陽(yáng)城冶金輔料有限公司)3.0千克、Fe-Si (Si含量為74重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.5千克、金屬錳(Mn含量彡99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.8千克、Fe-Cr (Cr含量為63%，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)15.5千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.7千克、鎳板(Ni含量為> 99.9重量％ )4.0千克，進(jìn)行C、S1、Mn、Cr、Mo、Ni元素的合金化(各實(shí)施例控制的具體數(shù)值如表I所示)。(2)爐外精煉鋼水送到LF爐進(jìn)行調(diào)溫處理到1640°C，RH精煉開(kāi)始鋼水溫度為1620°C，鋼水真空處理總時(shí)間為12分鐘，精煉后鋼水溫度為1570°C。(3)澆鑄鋼水平均澆鑄溫度控制在1529°C。(4)鋼坯軋制采用推鋼式加熱爐將得到的鋼鑄坯加熱到1300°C，然后在1270°C溫度下保溫1.6小時(shí)后將鑄坯進(jìn)行軋制，終鍛溫度控制在960°C。軋制后采用堆垛空冷方式進(jìn)行冷卻至室溫。實(shí)施例3本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法I)冶煉的鉆具用鋼的性能。與實(shí)施例1相同的方法制備鉆具用鋼，不同的是:(I)吹煉以及出鋼

將脫硫后的鐵水倒入氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，頂吹氧氣供氧量為24000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(供氧強(qiáng)度是3.0Nm3/噸鋼水 min)，吹煉25分鐘，以鋼水總重量為基準(zhǔn)，吹煉終點(diǎn)控制為C含量0.10重量％、P含量0.009重量％、S含量0.008重量％，并將吹煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，出鋼溫度為1680°C。出鋼時(shí)，相當(dāng)于每噸鋼水，先加入脫氧劑鋁鐵(Al含量彡40重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.0千克，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧< 0.003重量％，出鋼三分之一后，相對(duì)于每噸鋼水，依次加入無(wú)煙煤(C含量> 93重量％，攀枝花陽(yáng)城冶金輔料有限公司)2.5千克、Fe-Si (Si含量為74重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.8千克、金屬錳(Mn含量> 99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.4千克、Fe-Cr (Cr含量為63%，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)15.3千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.4千克、鎳板(Ni含量為>99.9重量％ )4.0千克，進(jìn)行C、S1、Mn、Cr、Mo、Ni元素的合金化(各實(shí)施例控制的具體數(shù)值如表I所示)。(2)爐外精煉鋼水送到LF爐進(jìn)行調(diào)溫處理到1615°C，RH精煉開(kāi)始鋼水溫度為1600°C鋼水真空處理總時(shí)間為15分鐘，精煉后鋼水溫度為1560°C。(3)澆鑄鋼水平均澆鑄溫度控制在1515°C。(4)鋼坯軋制采用推鋼式加熱爐將得到的鋼鑄坯加熱到1280°C，然后在1260°C溫度下保溫1.5小時(shí)后將鑄坯進(jìn)行軋制。終鍛溫度控制在1000°c。軋制后采用堆垛空冷方式進(jìn)行冷卻至室溫。
實(shí)施例4本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法I)冶煉的鉆具用鋼的性能。與實(shí)施例1相同的方法制備鉆具用鋼，不同的是:(I)吹煉以及出鋼將脫硫后的鐵水倒入氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，頂吹氧氣供氧量為25000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，(供氧強(qiáng)度是2.6Nm3/噸鋼水^in)，吹煉23分鐘，以鋼水總重量為基準(zhǔn)，吹煉終點(diǎn)控制為C含量0.12重量％、P含量0.010重量％、S含量0.007重量％，并將吹煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，出鋼溫度為1690°C。出鋼時(shí)，相當(dāng)于每噸鋼水，先加入脫氧劑鋁鐵(Al含量彡40重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)3.5千克，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧< 0.003重量％，出鋼三分之一后，相對(duì)于每噸鋼水，依次加入無(wú)煙煤(C含量> 93重量％，攀枝花陽(yáng)城冶金輔料有限公司)2.8千克、Fe-Si (Si含量為74重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.7千克、金屬錳(Mn含量彡99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.5千克、Fe-Cr (Cr含量為63%，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)15.4千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.5千克、鎳板(Ni含量為> 99.9重量％ )4.6千克，進(jìn)行C、S1、Mn、Cr、Mo、Ni元素的合金化(各實(shí)施例控制的具體數(shù)值如表I所示)。(2)爐外精煉鋼水送到LF爐進(jìn)行調(diào)溫處理到1630°C，RH精煉開(kāi)始鋼水溫度為1610°C鋼水真空處理總時(shí)間為17分鐘，精煉后鋼水溫度為1565°C。(3)澆鑄鋼水平均澆鑄溫度控制在1520°C。(4)鋼坯軋制采用推鋼式加熱爐將得到的鋼鑄坯加熱到1260°C，然后在1240°C溫度下保溫1.8小時(shí)后將鑄坯進(jìn)行軋制。終鍛溫度控制在1050。軋制后采用堆垛空冷方式進(jìn)行冷卻至室溫。實(shí)施例5本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法2)冶煉的鉆具用鋼的性能。(I)冶煉鋼水以重量百分比計(jì)，選取C < 0.40%、Si < 0.20%、Mn < 1.0%、Cr < 1.0%、Mo<0.20%,Ni < 0.30%,P^0.015%,S^0.010%,Cu<0.2%,As<0.05%,Sn<0.05%
的廢鋼，加入真空感應(yīng)爐中，在真空條件下進(jìn)行熔煉，壓力為500MPa，熔煉溫度為1600°C，熔煉時(shí)間為75分鐘。熔融完全后取樣進(jìn)行鋼液成分分析，并根據(jù)鋼液成分，相對(duì)于每噸鋼水，先加入脫氧劑鋁粒(Al含量> 99重量％ ) 1.0千克，Al粒的加入量使得鋼水中的T
含量為< 0.002重量％，然后依次加入無(wú)煙煤(C含量為彡93重量％ )3.5千克、Fe-Si (Si含量為74重量安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)2.4千克、金屬猛(Mn含量為> 99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)9.5千克、Fe-Cr (Cr含量為63重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)17.5千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.4千克、鎳板(Ni含量為≥99.9重量％ ) 3.0千克，進(jìn)行C、S1、Mn、Cr、Mo、Ni元素的合金化。
(2)澆鑄然后將鋼水進(jìn)行澆鑄得到鋼錠，澆鑄過(guò)程中添加保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，鋼水過(guò)熱度為30°C，鋼水平均澆鑄溫度控制在1530°C。(3)鋼坯鍛造采用推鋼式加熱爐加熱鋼錠到1270°C，然后在1240°C溫度下保溫2.5小時(shí)。然后按5.2:1的鍛壓比將鋼錠鍛造成60mmX60mm的方鋼，終鍛溫度為1050°C，采用堆垛空冷方式進(jìn)行冷卻。各成分的檢測(cè)方法分別為碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T4336，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。氧、氮含量的檢測(cè)方法為脈沖加熱惰氣熔融_紅外線吸收法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T11261。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。實(shí)施例6本實(shí)施例用于說(shuō)明通過(guò)方法2)冶煉的鉆具用鋼的性能。與實(shí)施例6相同的方法制備鉆具用鋼，不同的是:(I)冶煉鋼水壓力為500Mpa，熔煉溫度為1640°C，熔煉時(shí)間為40分鐘。分別加入鋁粒1.5千克、無(wú)煙煤3.0千克、Fe-Si2.3千克、金屬錳9.8千克、Fe-Cr17.2千克、Fe_Mo3.5千克、鎳板4.8千克。 (2)澆鑄鋼水過(guò)熱度為60°C，鋼水平均澆鑄溫度控制在1545°C。(3)鋼坯軋制采用推鋼式加熱爐加熱鋼錠到1300°C，然后在1270°C溫度下保溫2.0小時(shí)，終鍛溫度 1150。。。對(duì)比例I該對(duì)比例用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)提供的鉆具用鋼。(I)冶煉鋼水:按照實(shí)施例1步驟(I)進(jìn)行，不同的是，不加入金屬鎳。(2)爐外精煉:按照實(shí)施例1步驟(2)進(jìn)行，不同的是，出鋼時(shí)，先加無(wú)煙煤3.5千克(C含量為>93重量％)進(jìn)行增碳，然后相對(duì)于每噸鋼水，先在鋼包中加入預(yù)脫氧劑鋁鐵合金(Al含量為40重量安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)3.2千克,然后相對(duì)于每噸鋼水，加入Fe-Si (Si含量為74重量％，安陽(yáng)市恒旺冶金耐材有限公司)3.0千克、金屬錳(Mn含量為彡99.5重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)4.8千克、Fe-Cr (Cr含量為63重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)15.6千克、Fe-Mo (Mo含量為60重量％，攀枝花攀宏冶金制品有限公司)3.5千克，對(duì)鋼水成分進(jìn)行微調(diào)以控制各成分的含量。(3)澆鑄:按照實(shí)施例1的步驟(3)進(jìn)行。(4)鋼坯軋制:按照實(shí)施例1的步驟⑷進(jìn)行。各成分的檢測(cè)方法按照實(shí)施例1-4的方法進(jìn)行。機(jī)械性能測(cè)試將實(shí)施例1-6和對(duì)比例I制備的鉆具用鋼按標(biāo)準(zhǔn)取樣，并按常規(guī)的調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行熱處理后，進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試，其中，拉伸性能按照GB/T228金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行，分別檢測(cè)屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm、伸長(zhǎng)率A及斷面收縮率Z。按照GB/T229金屬夏比
權(quán)利要求
1.一種鉆具用鋼，其特征在于，以所述鉆具用鋼的總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.4-0.49重量％、Si含量為0.15-0.37 %、Mn含量為1-1.3重量％、Cr含量為1-1.3重量％、Mo含量為0.2-0.3重量％、A1含量為0.02-0.04重量％、Ni含量為0.25-0.5重量％、P含量< 0.015重量％、S含量< 0.015重量％、Cu含量< 0.2重量％、Sn含量< 0.05重量％、As含量彡0.05重量％、H含量彡0.0002重量％、N含量彡0.009重量％，T
含量為< 0.002重量％，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具用鋼，其中，以該鉆具用鋼總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.43-0.47重量％、Si含量為0.2-0.3重量％、Mn含量為1.05-1.2重量％、Cr含量為1.05-1.2重量％、Mo含量為0.2-0.25重量％、Al含量為0.02-0.04重量％、Ni含量為0.3-0.5重量％、P含量< 0.015重量％、S含量< 0.015重量％、Cu含量< 0.2重量％、Sn含量彡0.05重量％、As含量彡0.05重量％、H含量彡0.0002重量％、N含量彡0.009重量％，余量為鐵。
3.一種冶煉鉆具用鋼的方法，其特征在于，該方法包括冶煉鋼水，所述冶煉鋼水的方法為下述方法中的至少一種: 方法(I)將脫硫鐵水進(jìn)行初煉，將初煉得到的鋼水出鋼到鋼包中，并在出鋼過(guò)程中對(duì)初煉得到的鋼水進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，并將預(yù)脫氧合金化后的鋼水進(jìn)行爐外精煉； 所述預(yù)脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的活度氧含量為< 0.003重量％ ;并加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使得以得到的預(yù)脫氧合金化的鋼水總重量為基準(zhǔn)，C含量為0.35-0.40重量％、Si含量為0.17-0.30重量％、Mn含量為1.00-1.10重量％、Cr含量為1.05-1.15 重量％、Mo 含量為 `0.20-0.25 重量％、Ni 含量為 0.30-0.50 重量％ ； 所述爐外精煉在真空條件下進(jìn)行，將預(yù)脫氧合金化的鋼水進(jìn)行合金微調(diào)，使得該步驟獲得的鋼水中各成分的含量處于權(quán)利要求1所述的范圍； 方法(2)在真空條件下，將廢鋼進(jìn)行熔煉，所述熔煉的方法包括將廢鋼熔煉得到鋼水，并將鋼水進(jìn)行脫氧合金化，所述脫氧合金化的方法包括向鋼水中加入脫氧劑，所述脫氧劑的加入量使得鋼水中的T
含量為< 0.002重量％ ;然后加入碳質(zhì)材料、硅鐵合金、金屬錳、鉻鐵合金、鑰鐵合金和金屬鎳:各物質(zhì)的加入量使以得到的鋼水總重量為基準(zhǔn)，鋼水中各成分的含量處于權(quán)利要求1所述的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方法(I)中，出鋼溫度為不小于1670°C;以初煉終點(diǎn)得到的鋼水的總重量為基準(zhǔn)，鋼水中的碳含量為不小于0.05重量％，P含量為不大于0.015重量％，S含量為不大于0.010重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方法(I)中，所述爐外精煉的真空條件包括真空度為不大于500帕，精煉的開(kāi)始溫度為1590-1620°C，精煉的時(shí)間為12-20分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方法(2)中，所述真空條件包括真空度為不大于600帕，熔煉的溫度為1600-1640°C，熔煉的時(shí)間為40-80分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方法⑴和方法⑵中所用的碳質(zhì)材料各自獨(dú)立地選自浙青焦、無(wú)煙煤和碳粉中的一種或多種，方法(I)中，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述碳質(zhì)材料的用量為2.0-5.8千克；方法(2)中，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述碳質(zhì)材料的用量為2.0-4.0千克。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述脫氧劑選自鋁鐵、金屬鋁、硅鈣鋇脫氧劑和鋁錳鐵脫氧劑中的一種或多種；方法(I)中，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述脫氧劑的用量為1.5-4.0千克；方法(2)中，相對(duì)于每噸初煉得到的鋼水，所述脫氧劑的用量為1.0-3.0 千克。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，該方法還包括將冶煉得到的鋼水注入中間包并將鋼水從中間包澆注到結(jié)晶器中以被連續(xù)拉動(dòng)和冷卻，并將澆鑄得到的鋼鑄坯進(jìn)行軋制，該方法還包括在軋制前，將澆鑄后得到的鋼鑄坯加熱至1270-1300°C，并在1240-1270°C下保溫1.5-2.0小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在澆注鋼水過(guò)程中和鋼坯被連續(xù)拉動(dòng)、冷卻過(guò)程中，對(duì)鋼水和鋼坯提供惰性氣體保護(hù)以防止鋼水或鋼坯二次氧化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉆具用鋼以及冶煉鉆具用鋼的方法，其中，以所述鉆具用鋼的總重量為基準(zhǔn)，以元素計(jì)，C含量為0.4-0.49重量％、Si含量為0.15-0.37％、Mn含量為1-1.3重量％、Cr含量為1-1.3重量％、Mo含量為0.2-0.3重量％、Al含量為0.02-0.04重量％、Ni含量為0.25-0.5重量％、P含量≤0.015重量％、S含量≤0.015重量％、Cu含量≤0.2重量％、Sn含量≤0.05重量％、As含量≤0.05重量％、H含量≤0.0002重量％、N含量≤0.009重量％，余量為鐵；該鉆具用鋼中的T[O]含量為≤0.002重量％。通過(guò)本發(fā)明提供的鉆具用鋼制備方法制備的鉆具用鋼的強(qiáng)度和塑韌性高于現(xiàn)有技術(shù)提供的鉆具用鋼的強(qiáng)度和塑韌性，從而在不大幅度增加鋼材生產(chǎn)成本的前提下，提供具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的抗疲勞性能的鉆具用鋼。
文檔編號(hào)C22C38/42GK103114248SQ20111036523
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者代華云, 寄海明, 雷秀華, 鄧通武, 郭華, 李清春 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)研究院有限公司, 攀鋼集團(tuán)有限公司, 攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司