專(zhuān)利名稱(chēng)：一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)鉆探中繩索取芯用鋼的制造方法。尤其涉及一種在1000 米以下中深部位進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí)，繩索取芯鉆具中裝巖心的內(nèi)管，需要采用屈服強(qiáng)度大于 740MPa、抗拉強(qiáng)度大于880MPa、伸長(zhǎng)率大于13%、滿(mǎn)足DZ75性能要求的無(wú)縫鋼管的化學(xué)成 分及制造方法。
背景技術(shù)：
繩索取芯鉆探技術(shù)用于地質(zhì)巖心鉆探，是探明地下資源的重要手段。1987年南非 用金剛石繩索取芯孔深達(dá)5424米，我國(guó)于上世紀(jì)70年代中期開(kāi)始應(yīng)用于地表和坑內(nèi)的地 質(zhì)勘探鉆孔，目前最大孔深達(dá)2505米。因國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的礦山深度大部分不足500米，所以，從繩取鉆探開(kāi)始應(yīng)用到現(xiàn)在， 主要采用冷拔DZ60鉆桿。鑒于有相當(dāng)一部分老礦山的深部及外圍有可利用的潛在資源，最 新的成礦理論表明在我國(guó)大陸深部蘊(yùn)藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源，因此，地質(zhì)鉆探需要向中 深部發(fā)展，以解決資源緊缺的現(xiàn)狀。就繩取鉆探而言，要鉆取同樣直徑的巖芯，要求繩取鉆桿的外徑大于常規(guī)地質(zhì)鉆 桿的外徑，為了不加重鉆機(jī)的負(fù)荷，同時(shí)要求比其它同規(guī)格的地質(zhì)鉆桿的壁厚薄；繩索取芯 鉆探的鉆頭口徑較小，鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速、鉆壓比常規(guī)的小口徑金剛石鉆桿要高，這就要求繩取鉆 桿必須具有很好的剛性和減震性，如果遇到打斜孔，孔壁還將對(duì)鉆桿表面摩擦，所以，要求 繩取鉆桿的表面硬度高，鉆桿必須耐磨。隨著繩取鉆探向中深部發(fā)展，與進(jìn)口繩取鉆桿相比，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DZ60的抗拉、屈 服強(qiáng)度、表面硬度偏低，耐磨性、加工質(zhì)量偏差，管端的絲扣部位易斷、裂和脫扣。如果加大 外徑帶動(dòng)增加DZ60壁厚，雖然鉆桿的強(qiáng)度和耐磨性有所增加，也加重了鉆機(jī)的負(fù)荷。為了 保證鉆孔與鉆桿之間足夠的環(huán)狀間隙，還得加大鉆具外管和鉆頭的外徑，進(jìn)而影響了鉆桿、 鉆具和屈服強(qiáng)度，很高的韌性和優(yōu)異的應(yīng)變強(qiáng)化能力，在磨損過(guò)程中可承受更多的塑性 變形，使材料具有良好的耐磨性。在適當(dāng)?shù)臏囟认禄鼗?，可提高貝氏體的韌性，改善鋼的強(qiáng) 韌性配合，使鋼管的強(qiáng)度和塑性滿(mǎn)足使用要求。盡管，DZ75鋼管涉及的標(biāo)準(zhǔn)有 YB 528-65、YB/T5050-93、GB3423-82、GB/ T9808-2008、JIS G3465-1977、JIS G3465-1988、JIS G3465-2006 ；但各標(biāo)準(zhǔn)對(duì) DZ75 的材質(zhì) 和熱處理制度沒(méi)有明確的唯一規(guī)定，只有性能要求屈服強(qiáng)度大于740MPa，抗拉強(qiáng)度大于 880MPa，伸長(zhǎng)率大于10%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼及其制造方法，使鋼管的強(qiáng)度 和硬度滿(mǎn)足DZ75鋼級(jí)巖心管的使用要求。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下本發(fā)明鋼合理控制C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Cu含量，合理利用鋼中存在的氮，依靠V、Ti的沉淀強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，采用適當(dāng)?shù)拿撗醴绞郊皧A雜物變性 處理，在適當(dāng)?shù)能堉萍盎鼗鸸に囍贫认?，使產(chǎn)品性能滿(mǎn)足DZ75鋼級(jí)的使用要求。下面分別介紹各個(gè)合金元素的成分及作用C 0. 25 -0. 42% (wt%,以下各元素相同)，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，降低塑性和 韌性，合理控制C含量，可控制鋼管的制造工藝性。Si 0. 30 0. 50%，是奧氏體形成元素，在貝氏體轉(zhuǎn)變中強(qiáng)烈抑制碳化物析出，可 改善鋼的韌性，提高回火抗力。Mn 0. 35 0. 55 %，是奧氏體形成元素，降低珠光體形成溫度，細(xì)化珠光體片間 距，提高鋼的強(qiáng)度。Cr 0. 85 1. 15%，是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，它與鋼中的C生成穩(wěn)定的碳化物， 促進(jìn)貝氏體形成，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Mo :0. 20 0.40%，強(qiáng)碳化物形成元素，質(zhì)點(diǎn)很細(xì)小，不易聚集長(zhǎng)大，促進(jìn)貝氏體 形成，提高鋼的強(qiáng)度、韌性、耐磨性。V 0. 010 0. 15%，主要起沉淀強(qiáng)化作用，細(xì)化晶粒，形成的碳化物、氮化物釘扎
在晶界，隨沉淀相的密度增加和間距減小，提高鋼的綜合性能。Ti 0. 03 0. 050%，強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼液凝固過(guò)程中形成的大量彌散分布 的TiC顆粒，細(xì)化晶粒，高溫下形成的TiN，可抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)本發(fā)明鋼合理控制C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Cu含量，有效利用鋼中的氮，依靠V、 Ti的沉淀強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，采用適當(dāng)?shù)拿撗醴绞剑?xì)化晶粒的同時(shí)提高鋼的韌性，保證鋼的 純凈度，采用軋后回火的熱處理工藝，組織以貝氏體為主，使鋼具有抵抗裂紋延遲開(kāi)裂的性 能。
配比為

空冷；
4
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼，其化學(xué)成份重量百分
C0. 25 ^ 0. 42%Si 0. 30 ‘ 0. 50%Mn 0. 35 , 0. 55%Cr 0. 85 ‘ 1. 15%Mo 0. 20 , 0. 40%Cu 0. 08 ‘ 0. 15Ti 0. 03 ‘ 0. 050%V 0. 01 ^ 0. 15%其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其包含以下步驟
1)按照成份重量百分配比進(jìn)行冶煉后得到的管坯；
2)在1200 1280°C加熱，經(jīng)穿孔機(jī)穿孔，然后在950 1050°C軋管；
3)脫棒后進(jìn)入再加熱爐，在850 IOOiTC保溫后，進(jìn)入張力減徑機(jī)或延伸機(jī)軋后
4)在600°C 700°C保溫回火處理后制成成品管。 優(yōu)選地，所述步驟2)采用環(huán)形爐加熱。
優(yōu)選地，所述步驟2)的加熱時(shí)間為1至3小時(shí)。優(yōu)選地，所述步驟3)的保溫時(shí)間為10至60分鐘。優(yōu)選地，所述步驟4)的回火時(shí)間為30至90分鐘。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效 果1)本發(fā)明鋼種金相組織穩(wěn)定，力學(xué)性能可以滿(mǎn)足DZ75繩索取芯用管使用時(shí)所需 要的強(qiáng)、塑性要求；2)本發(fā)明鋼種具有抵抗裂紋延遲開(kāi)裂的性能且常溫力學(xué)性能穩(wěn)定；3)本發(fā)明鋼種具有節(jié)約工序的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)和節(jié)約能源的成本優(yōu)勢(shì)，常溫力學(xué)性能優(yōu) 于不含Cr的鋼種，使產(chǎn)品綜合性能可以與同鋼級(jí)進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-8下面1# 8#是本發(fā)明鋼種與9#、10#進(jìn)口鋼管就化學(xué)成分、力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，化 學(xué)成分見(jiàn)表2，生產(chǎn)工藝見(jiàn)表3，力學(xué)性能見(jiàn)表4。表4力學(xué)性能 綜上所述，按照本發(fā)明方法制造出的鋼種鋼管屈服強(qiáng)度大于740MPa，抗拉強(qiáng)度大 于880MPa，伸長(zhǎng)率大于13%，性能滿(mǎn)足DZ75鋼級(jí)的使用要求。同時(shí)，它還具有抵抗裂紋延 遲開(kāi)裂的性能，常溫力學(xué)性能穩(wěn)定，其綜合性能可以與同級(jí)進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，因而本發(fā)明具備 良好的推廣及應(yīng)用前景。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明， 而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變 化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼，其特征在于化學(xué)成份重量百分配比為C0.25～0.42％Si0.30～0.50％Mn0.35～0.55％Cr0.85～1.15％Mo0.20～0.40％Cu0.08～0.15Ti0.03～0.050％V0.01～0.15％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。(冶煉時(shí)經(jīng)過(guò)鈣處理，對(duì)鈣含量是否有要求？)
2.一種如權(quán)利要求1所述的繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其特征在于包括以下 步驟1)按照成份重量百分配比進(jìn)行冶煉后得到的管坯；2)在1200 1280°C加熱，經(jīng)穿孔機(jī)穿孔，然后在950 1050°C軋管；3)脫棒后進(jìn)入再加熱爐，在850 IOOiTC保溫后，進(jìn)入張力減徑機(jī)或延伸機(jī)軋后空冷；4)在600°C 700°C保溫回火處理后制成成品管。
3.如權(quán)利要求2所述的繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其特征在于所述步驟2) 采用環(huán)形爐加熱。
4.如權(quán)利要求3所述的繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其特征在于步驟2)的 加熱時(shí)間為1至3小時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其特征在于所述步驟3) 的保溫時(shí)間為10至60分鐘。
6.如權(quán)利要求5所述的繩索取芯鉆探用含Cr鋼的制造方法，其特征在于所述步驟4) 的回火時(shí)間為30至90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種繩索取芯鉆探用含Cr鋼及其制造方法，其制造方法通過(guò)合理控制C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Cu含量，有效利用鋼中的氮，依靠V、Ti的沉淀強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，采用適當(dāng)?shù)拿撗醴绞?，?xì)化晶粒的同時(shí)提高鋼的韌性，保證鋼的純凈度，采用軋后回火的熱處理工藝，組織以貝氏體為主，使鋼具有抵抗裂紋延遲開(kāi)裂的性能。本發(fā)明鋼屈服強(qiáng)度大于740MPa，抗拉強(qiáng)度大于880MPa，伸長(zhǎng)率大于13％，性能滿(mǎn)足DZ75鋼級(jí)的使用要求，具有節(jié)約工序的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)和節(jié)約能源的成本優(yōu)勢(shì)，常溫力學(xué)性能優(yōu)于不含Cr的鋼種，使產(chǎn)品綜合性能可以與同鋼級(jí)進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，因此具備良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C38/28GK101928890SQ20091005384
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者孫元寧, 李敏, 王起江, 田青超, 董曉明, 蔡海燕 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司