一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢

《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》属于合金结构钢，具体涉及一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢。

1.《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》的特征在于，所述钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.42%、Si0.15-0.35%、Mn0.70-1.00%、P≤0.030%、S≤0.025%、Cr0.85-1.20%、Ni0.08-0.15%、Mo0.25-0.40%，V0.01-0.040%，N0.0045-0.0080%，其余为铁和不可避免的杂质元素；所述的钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢在热处理过程中无需退火或正火工序。

2.根据权利要求1所述的钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，其特征在于，所述钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.40%、Si0.15-0.35%、Mn0.75-0.95%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr0.95-1.15%、Ni0.08-0.15%、Mo0.28-0.35%，V0.02-0.035%，N0.0050-0.0080%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，其特征在于，所述钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.40%、Si0.15-0.35%、Mn0.75-0.95%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr0.98-1.10%、Ni0.08-0.15%、Mo0.28-0.33%，V0.02-0.030%，N0.0055-0.0075%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

石油钻柱转换接头是石油钻具产品中的一类关键件，其在使用中要承受强拉、强扭、冲击、振动、旋转等复合作用，使用条件十分苛刻。其安全可靠性要求很高，必须具有良好的力学性能、高的淬透性、较高的致密度及钢质纯净度。石油转换接头一般用美国标准4137H钢制造，美国材料与试验协会标准ASTM_A29/A29M中4137H钢的化学成分（重量百分比）为：C0.35-0.40%、Si0.15-0.35%、Mn0.70-0.90%、P≤0.035%、S≤0.040%、Cr0.80-1.10%、Mo0.15-0.25%，其余为铁和杂质元素。2016年10月以前，石油钻具制造厂在生产转换接头时，为了保证钢的淬透性和产品的性能与质量，将Mo含量提高至0.25-0.40%，并加入0.1-0.15%的Ni。转换接头的尺寸、质量较大，安全可靠性要求很高，制造石油钻柱转换接头时，为了保证综合力学性能，在调质热处理前必须进行退火或正火，以使轧制或锻造后的材料金相组织均匀，消除或部分消除材料的组织不均匀的现象，为后续的调质热处理和提高钢的综合性能做好组织上准备。而且，石油钻柱转换接头调质热处理前进行退火或正火虽然对提高其综合性能有利，但毕竟会增加生产成本，如果能在保住其综合性能的前提下取消退火或正火工序，则可节约能源、降本增效。

一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢专利目的

《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》的目的在于提供一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，在保证转换接头产品质量的前提下，可取消退火或正火工序，从而可节约能源，降低了生产成本。

一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢技术方案

《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》提供的一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.42%、Si0.15-0.35%、Mn0.70-1.00%、P≤0.030%、S≤0.025%、Cr0.85-1.20%、Ni0.08-0.15%、Mo0.25-0.40%，V0.01-0.040%，N0.0045-0.0100%，其余为铁和不可避免的杂质元素。优选的，所述钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.40%、Si0.15-0.35%、Mn0.75-0.95%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr0.95-1.15%、Ni0.08-0.15%、Mo0.28-0.35%，V0.02-0.035%，N0.0050-0.0080%，其余为铁和不可避免的杂质元素。优选的，所述钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，含有以下重量百分比的化学成分：C0.35-0.40%、Si0.15-0.35%、Mn0.75-0.95%、P≤0.025%、S≤0.020%、Cr0.98-1.10%、Ni0.08-0.15%、Mo0.28-0.33%，V0.02-0.030%，N0.0055-0.0075%，其余为铁和不可避免的杂质元素。所述的钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢在热处理过程中无需退火或正火工序。《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》中，各元素的含量及作用如下：碳是钢中提高淬透性和淬透硬性的重要元素，《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》控制碳含量范围是0.35-0.42%，过低则会降低强度和硬度，过高则会降低塑性和韧性，增加工件淬火开裂倾向。硅在钢中主要以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，能提高钢的强度，也是炼钢的脱氧元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性。故控制在0.15-0.35%。锰、铬、钼、镍也都是提高淬透性的重要元素，《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》控制锰含量范围是0.70-1.00%，控制铬含量范围是0.85-1.20%，控制钼含量范围是0.25-0.40%，控制镍含量范围是0.08-0.15%。硫、磷是钢中形成夹杂物的有害元素，所以应加以控制，该技术方案最低要求P≤0.030%、S≤0.025%。同时《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》中加入钒、氮是为了在轧制或锻造时控制钢的组织均匀性、防止混晶现象，从而可以省去退火或正火工序。在钢中钒作为微合金化元素可通过形成碳、氮化物阻碍高温变形时的奥氏体的再结晶和限制晶粒长大，使得轧材或锻材得到均匀且细小的晶粒。钒和氮共同加入钢中比单独加入钒进行微合金化具有更好的效果，这是由于钒的氮化物比钒的碳化物具有更高的稳定性，析出相更细小弥散，且高温奥氏体再结晶区就有析出，其改善晶粒均匀性的效果明显提高。另外，固溶在钢的钒可提高钢的淬透性，在调质处理时有提高淬透性的的作用。

一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢改善效果

《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》提供的钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢，在保证转换接头产品质量的前提下，可取消2016年10月以前钻柱转换接头热处理所必须的退火或正火工序，从而可节约能源，降低了生产成本。

实施例1-5与对比例1的化学成分见表1（熔炼分析，其余为Fe和不可避免的杂质元素）；

实施例1-5分别与对比例1钢制成的钻柱转换接头的力学性能（按API7-1标准检验）见表2；

实施例1-5与对比例1比较可见，实施例1-5制成的石油钻柱转换接头性能与比例1的相当，都满足API7-1标准要求，但实施例1-5无正火或退火工序，热处理工艺均为2016年10月以前的技术，而比例1为正火 调质，故节约了能源、降低了生产成本。

2021年8月16日，《一种钒氮微合金化石油钻柱转换接头用钢》获得安徽省第八届专利奖优秀奖。

一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺专利目的

《一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺》的目的在于提供一种抗拉强度750～900兆帕、屈服强度≥600兆帕、-40℃千伏₂≥150焦，同时要求具有优异的抗疲劳性能的高速动车组车轴用钢及其热处理工艺。

一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺技术方案

《一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺》按重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体 少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。进一步地，按重量百分比含有C：0.29，Si：0.24，Mn：0.91，Cr：0.97，Ni：0.87，Mo：0.2，Cu：0.56，Zr：0.03，V：0.04，Ti：0.021，Ca：0.003，P：0.005，S：0.001，T[O]：0.0006，Als：0.035，余为Fe和其它不可避免的杂质。进一步地，其纵向力学性能达到：Rm：750兆帕～900兆帕，ReL或Rp0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功千伏₂≥150焦；断裂韧性KQ值≥120兆帕·米^1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥375兆帕，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥310兆帕，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04毫米试样的微动疲劳极限≥215兆帕；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275兆帕；钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级。上述含钒钛动车组车轴用钢的热处理工艺，包括如下步骤：（1）正火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.2～1.7分钟/毫米计算，空冷；（2）淬火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0分钟/毫米计算，随后冷却；（3）回火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5分钟/毫米计算，随后空冷至室温。进一步地，步骤（1）-（3）中加热速度均为50～100℃/小时。进一步地，步骤（2）中，在淬火槽中，通过喷嘴对车轴进行水下喷水快速水冷至室温。进一步地，冷却速度控制在1.5～2.5℃/秒。进一步地，步骤（1）中以80℃/小时加热至温度870℃，加热保温时间300分钟，空冷。进一步地，步骤（2）中以80℃/小时加热至温度860℃，加热保温时间270分钟，快速水冷；和/或，步骤（3）中以80℃/小时加热至温度650℃，加热保温时间420分钟，空冷。进一步地，其用于含钒钛动车组车轴用钢的制造工艺，包括步骤：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→连铸→铸坯加热炉加热→车轴坯轧制→车轴坯锻造→毛坯车轴粗车→车轴齐端面加工→正火 调质热处理→车轴外圆精车加工→车轴内孔镗削加工→外圆磨削→探伤。

一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺改善效果

《一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺》与2016年6月以前的技术相比具有强度高、抗疲劳性能优良的优点。可获得700兆帕以上的高强度，其塑性和韧性明显优于商业钢，其疲劳极限要显著高于商业钢，呈现出良好的强度韧性配合及优异的抗疲劳性能。其中：Rm：750兆帕～900兆帕，ReL或Rp0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功千伏₂≥150焦；断裂韧性KQ值≥120兆帕·米^1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥375兆帕，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥310兆帕，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04毫米试样的微动疲劳极限≥215兆帕；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275兆帕；钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级；高速动车组车轴“正火 调质（淬火 高温回火）”热处理后钢的组织为回火索氏体 少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。

2020年7月17日，《一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。 2100433B

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