【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于特種鋼冶煉，具體涉及一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼及其生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
1、石油作為全球主要的能源資源之一，是一種不可再生的化石能源，具有重要的經(jīng)濟、能源和戰(zhàn)略意義，它被廣泛應(yīng)用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、電力等各個領(lǐng)域，在現(xiàn)代社會的經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)運行中起著舉足輕重的作用。如今的世界還是處于工業(yè)社會階段，世界經(jīng)濟總體上處于快速發(fā)展時期，因此對石油的需求必然很大，石油的開采技術(shù)尤為重要，而石油鉆機作為石油開采過程中的最重要的設(shè)備之一，對原材料的質(zhì)量要求非常高。
2、目前，世界各國通用的常規(guī)鉆機是一套大型的綜合性機組，整套鉆機是由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等若干系統(tǒng)所組成。其中，轉(zhuǎn)盤是石油鉆機的關(guān)鍵設(shè)備，也是石油鉆機的三大工作機之一，轉(zhuǎn)盤實質(zhì)上是一個大功率的圓錐齒輪減速器，在鉆井過程中，轉(zhuǎn)盤的作用是把發(fā)動機的動力通過方瓦傳給方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭，驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)進尺，鉆出井眼。伴隨著石油鉆機惡劣的工作條件，轉(zhuǎn)盤中的軸承在使用過程中需要承受更大的沖擊力，因此，對此類軸承材料的要求除了高強度、高耐磨性外，還必須要有足夠的耐沖擊性能。
3、傳統(tǒng)石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承一般結(jié)構(gòu)較大，需要大規(guī)格鋼材作為其制造材料，并結(jié)合石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承的服役環(huán)境及所需性能要求，本專利技術(shù)選用滲碳軸承鋼作為石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承的制造材料。其中，滲碳軸承鋼g20cr2ni4經(jīng)過滲碳淬火和低溫回火處理后，材料表層具有高的硬度，耐磨性和接觸疲勞強度，而心部碳含量較低，具有良好的韌性，可承受較大載荷的沖擊.很
4、本專利技術(shù)鋼是在現(xiàn)有國標gb/t?3203中規(guī)定的高級優(yōu)質(zhì)鋼g20cr2ni4a技術(shù)標準要求的基礎(chǔ)上，一方面通過對化學(xué)成分進行微調(diào)及優(yōu)化，另一方面采取真空脫氣、連鑄、軋制的高效率、大產(chǎn)能、低成本工藝路線。在提高鋼水純凈度的同時，連鑄采用特定的連鑄大圓坯及軋制采用特定的大壓下軋制工藝，生產(chǎn)出大規(guī)格原料鋼，該原料鋼材具有高純凈度、高組織均性和高致密度等特點，完全滿足大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承的使用要求，可替代目前的電渣重熔生產(chǎn)工藝。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼及其制備方法，使其在滿足石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的質(zhì)量要求基礎(chǔ)上，同時產(chǎn)品通過生產(chǎn)工藝的優(yōu)化調(diào)整，使其具有很強的市場競爭力。
2、本專利技術(shù)解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼，所述鋼的化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：c：0.19～0.23，si：0.15～0.40，mn：0.30～0.55，cr：1.25～1.75，mo：≤0.08，ni：3.25～3.75，al：0.01～0.03，p≤0.020，s≤0.010，cu≤0.25，ca≤0.0005，ti≤0.0015，o≤0.0010，la:0.005-0.010,余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。
3、主元素c、si、mn、cr、ni、mo、al、ni均在當前國標gb/t?3203-2016滲碳軸承鋼規(guī)定的g20cr2ni4范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上添加了稀土元素la(鑭)。添加稀土元素la(鑭)，因為la可以與鋼中可能生成的硫化錳、氧化鋁和硅鋁酸鹽夾雜物中的氧、硫反應(yīng)，生成具有較高熔點的非金屬化合物，這些化合物上浮到渣層中，減少鋼中夾雜元素的含量，從而實現(xiàn)鋼液的凈化。隨著稀土元素的增加，鋼中大顆粒夾雜物明顯減少，尺寸也明顯減小。另外，稀土元素可以強化晶界，抑制在晶界處偏析以及低熔點有害元素聚集，并阻礙晶間裂紋的擴展，以改善塑性和高溫性能。因此，加入稀土元素，對于石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承這種在高溫、高沖擊及運行環(huán)境惡劣的情況下工作，可以顯著地提高其使用壽命。另外，由于本專利技術(shù)采用真空脫氣+連鑄大圓坯工藝，相對電渣重熔工藝可以顯著降低有害元素o和ti，o可以控制在≤0.0010％，ti控制在≤0.0015％。
4、本專利技術(shù)主要檢驗項目和指標的確定：
5、本專利技術(shù)對微觀夾雜物及宏觀夾雜物都提出嚴格的要求，微觀夾雜物包括a類、c類塑性夾雜物和b類、d類脆性夾雜物。因脆性夾雜物在鋼中是硬的質(zhì)點，在軸承運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時在鋼的變形過程中易與基體分離產(chǎn)生裂紋，更加劇了應(yīng)力集中易引起開裂，夾雜物顆粒越大、長度越長其危害越大；而塑性夾雜物在鋼中是軟的質(zhì)點，在鋼的變形過程中不易與基體之間產(chǎn)生分離，因此其危害較小。
6、為滿足石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承具有較長的使用壽命，因此要求鋼材具有較高的純凈度，本專利技術(shù)要求微觀脆性夾雜物細小：b細系≤1.5級、b粗系≤0.5級、d細系≤1.0級，d粗系≤0.5級、ds系≤1.0級，具體要求見下表1。而宏觀夾雜物顯著降低了鋼的耐磨性、造成嚴重的應(yīng)力集中易引起軸承使用過程中的的早期失效，宏觀夾雜物按gb/t15711塔型發(fā)紋酸浸方法檢驗，不允許存在發(fā)紋。
7、表1
8、
9、鋼材低倍組織的均勻性和致密度對軸承的壽命有影響，本專利技術(shù)要求低倍組織采用gb/t?1979對鋼材低倍組織評級，要求中心疏松≤1.0級、一般疏松≤1.0級、錠型偏析≤1.0級，中心偏析≤1.0級，并且不允許出現(xiàn)縮孔、裂紋及皮下氣泡。
10、為保證鋼材的強度、韌性及耐沖擊性，本專利技術(shù)要求金相組織為均勻細小的貝氏體組織，同時本專利技術(shù)對晶粒度提出要求，要求晶粒度≥5級。
11、其次，根據(jù)石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承的使用要求，要求鋼材經(jīng)淬火和低溫回火后具有較高的強度，以及一定的韌性和耐沖擊性能，具體的力學(xué)性能要求如下表2。
12、表2
13、
14、同時，為保證鋼材的冷加工性能，要求硬度≤241hbw。
15、本申請的另一目的是提供大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，為滿足客戶以上大規(guī)格原料鋼棒需求，本專利技術(shù)采用φ700mm以上連鑄大圓坯代替電渣重熔的方式冶煉坯料，主要步驟如下：
16、(1)鋼水冶煉：冶煉原料須通過kr鐵水預(yù)處理減少有害元素p的含量，獲得干凈的鐵水；在轉(zhuǎn)爐或電爐進行初煉，將鐵水中的c和p元素的含量降低，同時添加清潔廢鋼，嚴格控制廢鋼的質(zhì)量，降低鋼水中殘余有害元素的含量，出鋼終點碳控制在0.06-0.12％，終點磷控制在≤0.20％，出鋼溫度在1650-1700℃之間；在lf精煉爐選用選用低ti、低ca合金和優(yōu)質(zhì)耐火材料，脫氧采用渣面擴散脫氧方式，并采用高性能精煉合成渣，保持長時間的精煉化渣過程，整個lf冶煉時間≥50分鐘，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為C：0.19～0.23，Si：0.15～0.40，Mn：0.30～0.55，Cr：1.25～1.75，Mo：≤0.08，Ni：3.25～3.75，Al：0.01～0.03，P≤0.020，S≤0.010，Cu≤0.25，Ca≤0.0005，Ti≤0.0015，O≤0.0010，La:0.005-0.010，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼，其特征在于：所述軸承鋼的晶粒度≥5級；微觀夾雜物根據(jù)GB/T?10561A法檢驗，A類細系≤1.5，A類粗系≤1.0，B類細系≤1.5，B類粗系≤0.5，C類細系＝0，C類粗系＝0，D類細系≤1.0，D類粗系≤0.5，DS類≤1.0；宏觀夾雜物按GB/T?15711塔型發(fā)紋酸浸方法檢驗，不存在發(fā)紋；采用GB/T1979對鋼材低倍組織評級，中心疏松≤1.0級、一般疏松≤1.0級、錠型偏析≤1.0級，中心偏析≤1.0級，并且不允許出現(xiàn)縮孔、裂紋及皮下氣泡；抗拉強度要求≥1200MPa，斷后伸長率
3.一種如權(quán)利要求1所述的大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述方法采用連鑄代替電渣重熔的方式冶煉坯料，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(1)中初煉出鋼終點碳控制在0.06-0.12％，終點磷控制在≤0.20％，出鋼溫度在1650-1700℃之間；在RH或VD爐進行真空脫氣，爐內(nèi)達到足夠的真空度，真空度為1.0-1.45mbar，確保高真空時間≥35min，同時保持充足的循環(huán)處理時間，環(huán)流時間≥40min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(2)中連鑄過程全程采用保護澆注，保護鋼水不被二次氧化污染；采用中間包感應(yīng)加熱、輕壓下、電磁攪拌技術(shù)，有效改善中心低倍缺陷，減小二次枝晶臂間距，抑制柱狀晶區(qū)的長大，擴大中心等軸晶區(qū)，細化晶粒；采用低過熱度澆注，過熱度控制在≤30℃，有效降低連鑄坯的成分偏析，顯著地改善了連鑄坯的質(zhì)量，最終連鑄圓坯尺寸大于φ700mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(4)中預(yù)熱段溫度控制在650-900℃，加熱段溫度控制在1120-1200℃，均熱段溫度控制在1220-1250℃，加熱保溫時間≥14h，使鋼材進行充分的高溫擴散。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(4)中在初軋過程中，采用大壓下工藝進行軋制，初軋總壓下量控制在110mm以上，通過共11道來回軋制，大幅細化和均勻化鋼中的基體組織，并使組織更致密。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(5)中去應(yīng)力退火溫度為650-700℃，保溫時間≥4h，隨后隨爐冷卻至400℃后出爐空冷至室溫。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為c：0.19～0.23，si：0.15～0.40，mn：0.30～0.55，cr：1.25～1.75，mo：≤0.08，ni：3.25～3.75，al：0.01～0.03，p≤0.020，s≤0.010，cu≤0.25，ca≤0.0005，ti≤0.0015，o≤0.0010，la:0.005-0.010，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼，其特征在于：所述軸承鋼的晶粒度≥5級；微觀夾雜物根據(jù)gb/t?10561a法檢驗，a類細系≤1.5，a類粗系≤1.0，b類細系≤1.5，b類粗系≤0.5，c類細系＝0，c類粗系＝0，d類細系≤1.0，d類粗系≤0.5，ds類≤1.0；宏觀夾雜物按gb/t?15711塔型發(fā)紋酸浸方法檢驗，不存在發(fā)紋；采用gb/t1979對鋼材低倍組織評級，中心疏松≤1.0級、一般疏松≤1.0級、錠型偏析≤1.0級，中心偏析≤1.0級，并且不允許出現(xiàn)縮孔、裂紋及皮下氣泡；抗拉強度要求≥1200mpa，斷后伸長率≥12％，斷面收縮率≥45％，沖擊性能aku要求≥65j；退火硬度≤241hbw。。
3.一種如權(quán)利要求1所述的大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述方法采用連鑄代替電渣重熔的方式冶煉坯料，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)格石油鉆機轉(zhuǎn)盤軸承用滲碳軸承鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：步驟(1)中初煉出鋼終點碳控制在0.06-0....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：錢俊陽，尹青，華劉開，陳敏，劉燁，李文彬，
申請(專利權(quán))人：江陰興澄特種鋼鐵有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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