抽油杆用超高强度贝氏体非调质钢的研制

抽油杆用超高强度贝氏体非调质钢的研制1990年，唐山钢铁公司开始研制Mn-Mo系非调质贝氏体钢（FG20），并用于生产抽油杆钢，该钢经热轧回火，完全可以达到D级杆的标准及使用要求。唐钢生产的FG20钢化学成分见表1。随着新的超高强度抽油杆准备（表2）的颁布，对抽油杆用钢的性能提出了更高的要求，唐山钢铁公司对原FG20钢的成分进行了调整，研制新型非调质钢。表1非调质FG20贝氏体抽油杆钢化学成分%CMnSiCrMoVTi0.15-0.251.8-2.50.5-1.00.5-1.00.1-0.30.05-0.100.03-0.06表2SY/T6272-1997标准对HL型抽油杆的力学性能要求σb，MPaσs，MPaδ200，%Ψ，%966-1136793-862≥1245-551、试验方案及结果试验钢对C、Mn适当下调，增加钢中Si、Cr含量，化学成分见表3。表3新型非调质钢化学成分/%CMnSiCrMoVTi0.15-0.251.0-2.01.0-3.01.0-2.50.1-0.30.05-0.100.03-0.06注：P≤0.025，S≤0.025。采用电弧炉冶炼——Φ650/550mm轧机轧成65mm方坯——Φ300横列式轧机轧制成Φ22mm圆钢。冶炼时采用底吹氩减少夹杂物，轧制时控制冷却速度在1～2℃/s。使钢获得具有良好性能的粒状贝氏体组织。取10炉试样做系列回火试验，结果见表4。由表4可见，当回火温度为580℃时，该钢的强度极限可达1020-1100MPa，延伸率大于12%。表4新型非调质钢回火温度对机械性能的影响回火温度/℃σb，MPaδ200，%Ψ，%3001200-13006-825-353501200-13007-927-384001190-12508-1035-404501150-12209.5-10.538-505001150-12009-1130-505501100-120011-1240-555801020-11001246-55600960-106012552分析与讨论从试验结果可以看出，试验钢热轧经580℃回火时完全能满足表2的性能要求。比较试验钢与FG20在成分上有以下不同：（1）碳含量低。试验钢较FG20钢降低了碳含量，使碳在相变过程中不能析出碳化物而以固溶形式存在于基体中，既保证了高强度又不至于在较大冷速下产生大量马氏体组织而破坏塑性。（2）Si含量显著增加。由于Si不溶于Fe3C且又迁移缓慢，使贝氏体在相变过程中不析出或少析出碳化物而形成较多未转变的高碳奥氏体，在进一步的冷却过程中，绝大部分转变为高碳孪晶马氏体，但有少部分残留，成为岛状的M-A组成物。M-A岛分布在无碳化物的贝氏体铁素体基体上，即所谓的准贝氏体组织。准贝氏体中的贝氏体铁素体是含碳过饱和的固溶体，形变抗力较高，岛中的残余奥氏体有相变诱发塑性效应，能提高塑性和强度。提高了钢中硅含量即增加了M-A岛中的残余奥氏体量，也就提高了相变诱发塑性效应，这样M-A岛在较高温度回火（580℃）时，岛中M分解成塑性较好的马氏体高温回火组织，而且促使贝氏体铁素体中的碳析出，所以试验钢塑性较好，但强度下降；岛中A分解使钢强度上升，抵消了由于马氏体分解造成的强度下降，故该钢的较高温度回火时强度下降较少。（3）Mn量适当下调但增加了Cr含量。Mn可以明显压低贝氏体相变点而细化组织，增加贝氏体铁素体基体的固溶碳量并增加位错密度而导致钢强度提高，但Mn量太高时增加了钢的脆性。因此在原FG20的基础上适当降低了锰含量，为了弥补由于降锰带来的强度损失，又适当的提高了Cr含量。3、结论（1）经过对FG20的成分进行调整后的新型钢完全能满足SY/T6272-1997标准对HL型超高强度抽油杆用钢的力学性能要求。（2）新钢种随回火温度的提高，塑性提高，而强度变化较小，只有在温度较高时强度才明显下降，该钢种的最佳回火温度为580℃。