专利|一种提高TC4钛合金强度水平的微合金化方法

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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。

类型：α β型钛合金

●TC4 热膨胀系数：

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。

●TC4钛合金力学性能：

规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,

●TC4钛合金密度:

4.5（g/cm3）

●TC4钛合金化学成分:

TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5

●TC4钛合金密度:

4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）

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。