AISI4145H石油钻铤用钢退火工艺改进

深井高强度石油钻铤用AISI4145H钢的开发生产欧阳峥容【摘要】通过优化合金成分设计,精选冶炼原料,电炉加强脱P,精炼过程加强脱气去夹杂,使用保护浇注等技术,采用电炉—LF精炼+VD真空脱气—连铸(电磁搅拌)—轧材—退火—精整矫直工艺路线,山钢股份莱芜分公司开发了深井高强度钻铤用AISI4145H钢.产品实物质量检测表明,钢成分控制窄,低倍组织致密,晶粒细小弥散,综合力学性能及淬透性良好,常温冲击和-20℃低温冲击韧性比标准要求的富余量大,经退火矫直后,硬度及外观尺寸均满足客户使用要求,目前已实现批量生产.【期刊名称】《山东冶金》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】3页(P29-31)【关键词】AISI4145H钢;石油钻铤用钢;力学性能;冲击韧性;淬透性【作者】欧阳峥容【作者单位】山钢股份莱芜分公司技术中心,山东莱芜271004【正文语种】中文【中图分类】TF762;TG142.1随着我国石油天然气工业的不断发展，对作为石油钻井作业中必不可少钻具石油钻铤的需求越来越大，同时钻井作业对钻铤的质量提出的要求也越来越高。

AISI4145H钢作为通过AISI美国钢铁协会标准认证的国际通用石油钻铤用钢，主要用于加工制造地下3 000 m深度工作的石油开采抽油管的外套管，在国内石油天然气行业广泛应用。

该材料是一种高强度、高硬度、抗扭转、抗弯曲、抗耐磨的特殊合金结构钢，能承受钻井作业的高速旋转、与岩石的剧烈摩擦、大扭矩（钻井深度要达到3 000 m以上，钻铤要逐节连接下去）以及启动、停止时冲击力等各种交变应力的作用。

在复杂载荷的作用下，钻铤断裂失效的事故时有发生，轻则打捞、侧钻、延长钻井周期，重则使整口井报废。

由于AISI4145H钻铤用钢属于技术含量较高的高附加值产品，各大钢铁企业都竞相抢占市场，产品竞争较为激烈。

山钢股份莱芜分公司凭借2013年投产的设备先进、配套设施齐全的100 t电炉生产线，结合用户要求，采用电炉—LF精炼+VD真空脱气—连铸（电磁搅拌）—轧材成材—退火—精整矫直工艺路线，成功开发了满足用户使用要求的AISI4145H深井高强度石油钻铤用钢。

钻铤（4145H）性能的改进作者：史爱萍摘要：国产4145H钢通过严格控制Cr、Mn、Mo等元素的成分范围，并采用炉外精炼降低硫、磷及非金属夹杂物含量等措施，大大提高了钢的淬透性。

1前言随着钻铤的发展，不但要求钻铤要有较高的强度还要良好的韧性。

钻铤用淬透性的高低直接影响着钻铤的强韧性。

实验表明：对壁厚超过50mm的φ177.8mm以上钻铤，用淬透性J32/20（硬度/距离）的钢生产，调质处理后钻铤壁厚中部有上贝氏体+铁素体组织；用淬透性J（58~60）/20（硬度/距离）的钢生产，调质处理后钻铤壁厚中部为上全回火索氏体组织，强韧性高。

所以提高钻铤用钢的淬透性对提高钻铤性能有着重要意义。

4145H钢是国外普遍采用的钻铤用钢。

国内钢厂在42CrMo钢的基础上，提高Cr、Mn、Mo等元素含量，冶炼出国产4145H。

结果表明；有相当比例的φ177.8mm以上钻铤。

由于钢的淬透性不足，调质处理后钻铤壁厚中部有上贝氏体、铁素体组织，强韧性不能同时达到API及SY/T5144-1997标准。

因此，提高国产4145H钢淬透性成为提高钻铤性能的关键。

根据研究结果推荐了一组4145H钢成分：表12试验结果及分析2.1化学成分分别从各钻铤上取样，经ICP等离子发射光谱及C-S分析仪测定，其检测结果如下表：表2可见，国产钻铤化学成分与日本钻铤相似，S、P含量明显降低，Cr、Mn、Mo合金含量偏上限，成分波动范围小。

2 拉伸性能拉伸试样轴线距钻铤外表面25.4mm,试样尺寸φ12.5×50mm,拉伸试验数据结果见表3：钻铤σ b比标准规定高5%~16%; σr0.2比标准规定高18%~37%;δ比标准规定高146%~85%;日本177.8mm钻铤σ b比标准规定平均高9%；比标准规定高27%；δ比标准规定高69%。

3 冲击值冲击试样轴线距钻铤外表面25.4mm,试样尺寸10×10×55mm,夏比V型缺口，试验结果见表4：单位：（J）可见，国产钻铤冲击值在日本钻铤冲击值范围内。

在石油钻探过程中钻铤是钻柱的重要组成部分。

钻铤位于钻柱下部连接着钻头。

除了传递扭矩之外，还行程钻压以使钻头钻进。

在使用过程中，钻铤受环境的应力腐蚀作用及交变的弯曲疲劳应力是造成失效破坏的主要因素。

近几年由于不断发生石油钻铤的断裂事件，因此引起有关方面的极大重视。

钻铤原材料为电弧冶炼的42CrMo钢，热轧状态交货，生产厂将热轧状态的钻铤校直，粗加工，然后调质处理（860℃±10℃正火，790℃-800℃淬火，520℃-525℃回火），校直去应力回火为520℃保温6h出炉空冷，检验机械性能，精加工后交石油部使用。

一、AISI4145H钻铤用钢供货技术指标1、钢材的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T702《热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差》第2组的规定。

2、冶炼方法：采用电弧炉+炉外精炼+真空脱气方法冶炼。

3、AISI4145H 钢的化学成分表1 单位为％3.1有害元素应符合表2规定表2 单位为％3.2 钢材成品化学成分允许偏差应符合GB/T222中表2的规定。

4、交货状态：钢材根据合同要求以退火状态交货,交货状态的钢材布氏硬度为187～229HBS。

5、力学性能钢材Φ25㎜热处理毛坯的力学性能应符合表3的规定。

表3表4 Φ25㎜热处理毛坯工艺5.1 对检验要求5.1.1 冲击检验：夏比V型冲击功，纵向冲击试样以三个为一组。

冲击试样尺寸：10×10×55㎜。

5.1.2 拉力试验为纵向毛坯。

6、末端淬透性钢材按GB225检测末端淬透性，热处理工艺和钢的淬透性值应符合表5规定。

表57、非金属夹杂物钢材按GB/T 10561进行非金属夹杂物检验，应符合表5的规定。

表5 单位：级8、低倍组织8.1 钢材的横向酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、裂纹、分层、白点、气泡、翻皮及夹杂等缺陷。

8.2 钢材的横向酸浸低倍组织要求:一般疏松≤2.0级;中心疏松≤2.0级;偏析≤2.0级.9、无损探伤钢材逐支进行超声波探伤，探伤标准：GB/T4162－91，精度为A 级。

专利名称：一种石油钻铤用4145H钢锭及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：钟旭光,刘荣泉,王昌华,王国具,朱国宴
申请号：CN202011585362.3
申请日：20201228
公开号：CN112575258A
公开日：
20210330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种石油钻铤用4145H钢锭及其制备方法，其中4145H钢锭包括以下质量百分比的化学成分：C：0.42~0.49%、Si：0.15~0.35%、Mn：0.8~1.1%、P：≤0.025%、S：
≤0.025%、Cr：0.95~1.2.%、Mo：0.15～0.25%、Ni：≤0.40%，其余为Fe。

4145H钢锭对其成分进行了改进，具有高强度、高硬度和高而窄的淬透性，保证了钢材良好的强韧性和均匀硬度值。

而对应该石油钻铤用4145H钢锭的制备方法，能够使钢锭内部组织成分均匀，从而保证锻件产品在热处理后有高而窄的淬透性，具备良好的综合性能，保证了该4145H钢锭用于石油钻铤的各项性能要求。

申请人：常熟市龙腾特种钢有限公司
地址：215500 江苏省苏州市常熟市梅李镇通港工业园华联路118号
国籍：CN
代理机构：苏州根号专利代理事务所(普通合伙)
代理人：吕正刚
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钻铤（4145H）性能的改进作者：史爱萍摘要：国产4145H钢通过严格控制Cr、Mn、Mo等元素的成分范围，并采用炉外精炼降低硫、磷及非金属夹杂物含量等措施，大大提高了钢的淬透性。

1前言随着钻铤的发展，不但要求钻铤要有较高的强度还要良好的韧性。

钻铤用淬透性的高低直接影响着钻铤的强韧性。

实验表明：对壁厚超过50mm的φ177.8mm以上钻铤，用淬透性J32/20（硬度/距离）的钢生产，调质处理后钻铤壁厚中部有上贝氏体+铁素体组织；用淬透性J（58~60）/20（硬度/距离）的钢生产，调质处理后钻铤壁厚中部为上全回火索氏体组织，强韧性高。

所以提高钻铤用钢的淬透性对提高钻铤性能有着重要意义。

4145H钢是国外普遍采用的钻铤用钢。

国内钢厂在42CrMo钢的基础上，提高Cr、Mn、Mo等元素含量，冶炼出国产4145H。

结果表明；有相当比例的φ177.8mm以上钻铤。

由于钢的淬透性不足，调质处理后钻铤壁厚中部有上贝氏体、铁素体组织，强韧性不能同时达到API及SY/T5144-1997标准。

因此，提高国产4145H钢淬透性成为提高钻铤性能的关键。

根据研究结果推荐了一组4145H钢成分：表12试验结果及分析2.1化学成分分别从各钻铤上取样，经ICP等离子发射光谱及C-S分析仪测定，其检测结果如下表：表2可见，国产钻铤化学成分与日本钻铤相似，S、P含量明显降低，Cr、Mn、Mo合金含量偏上限，成分波动范围小。

2 拉伸性能拉伸试样轴线距钻铤外表面25.4mm,试样尺寸φ12.5×50mm,拉伸试验数据结果见表3：钻铤σ b比标准规定高5%~16%; σr0.2比标准规定高18%~37%;δ比标准规定高146%~85%;日本177.8mm钻铤σ b比标准规定平均高9%；比标准规定高27%；δ比标准规定高69%。

3 冲击值冲击试样轴线距钻铤外表面25.4mm,试样尺寸10×10×55mm,夏比V型缺口，试验结果见表4：单位：（J）可见，国产钻铤冲击值在日本钻铤冲击值范围内。

AISI 4145H钻铤用钢的研制
黄志宏
【期刊名称】《上海钢研》
【年(卷),期】2004(000)004
【摘要】在研制AISI 4145H钻铤用钢的过程中曾出现一系列质量问题，通过优化工艺质量攻关，使该产品质量趋于稳定，并稳步提高，从而赢得了用户的信任，销售量迅速增加。

【总页数】5页(P34-38)
【作者】黄志宏
【作者单位】宝钢集团上海五钢有限公司制造管理部，上海200940
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.4
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1.稀土对4145H钻铤钢动态再结晶的影响 [J], 李琴;李涛;王婷;尹奕;陈思瑶
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AISI4145H 石油钻铤用热轧圆钢技术方案2009年11月一、AISI4145H钻铤用钢供货技术指标1、钢材的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T702《热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差》第2组的规定。

2、冶炼方法:采用电弧炉+炉外精炼+真空脱气方法冶炼。

3、AISI4145H钢的化学成分表1 单位为％3.1有害元素应符合表2规定表2 单位为％3.2 钢材成品化学成分允许偏差应符合GB/T222中表2的规定.4、交货状态：钢材根据合同要求以退火状态交货，交货状态的钢材布氏硬度为187～229HBS。

5、力学性能钢材Φ25㎜热处理毛坯的力学性能应符合表3的规定.表3表4 Φ25㎜热处理毛坯工艺5。

1 对检验要求5。

1。

1 冲击检验：夏比V型冲击功，纵向冲击试样以三个为一组。

冲击试样尺寸：10×10×55㎜。

5.1。

2 拉力试验为纵向毛坯。

6、末端淬透性钢材按GB225检测末端淬透性，热处理工艺和钢的淬透性值应符合表5规定.表57、非金属夹杂物钢材按GB/T 10561进行非金属夹杂物检验，应符合表5的规定。

表5 单位：级8、低倍组织8。

1 钢材的横向酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、裂纹、分层、白点、气泡、翻皮及夹杂等缺陷。

8.2 钢材的横向酸浸低倍组织要求:一般疏松≤2.0级；中心疏松≤2。

0级；偏析≤2。

0级。

9、无损探伤钢材逐支进行超声波探伤,探伤标准:GB/T4162－91，精度为A 级。

10、表面质量钢材的表面质量按GB/T3077—99中6。

6条的压力加工用钢执行。

二、技术文件要求本产品试制必须起草新产品试制工艺方案，试制工艺方案应包含电炉冶炼、连铸工艺要点、轧制工艺要点、产品的检验、判定、包装、质量证明书等内容，对非金属夹杂物控制、氢含量控制、连铸过程控制、铸坯缓冷、成品材带温退火等内容应进行详细的规定。

三、设备、检验要求1、设备各种生产设备状态应完好，按公司要求进行维护和检定，合格后方可使用。