压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢及压裂泵阀箱的短流程生产方法技术

本发明专利技术公开了压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢及压裂泵阀箱的短流程生产方法，通过优化压裂泵阀箱用不锈钢化学成分，采用EBT电弧炉冶炼

【技术实现步骤摘要】
压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢及压裂泵阀箱的短流程生产方法


[0001]本专利技术属于钢材料的加工工艺
，具体来说是一种石油压裂行业用的不锈钢阀箱锻件及的短流程生产方法。

技术介绍

[0002]随着以页岩气为代表的非常规油气开发，推动国内压裂施工总量和规模的迅速增长。“连续施工、大负载、长时间”的压裂特殊需求，对压裂设备的稳定性要求也越来越高。压裂设备的长时间稳定施工，与其核心零部件液力端阀箱的制造质量密切相关。我国采用低合金钢压裂泵阀箱的寿命短，更换维修频繁，严重影响了油气田的开发效率和经济效益，制约着国产压裂技术进步。
[0003]目前，国内高品质压裂泵阀箱主要选用15
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5PH、17
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4PH、X3CrNiMo13
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4等材质，产品质量参差不齐，使用寿命600~1000h不等，差异大，阀箱毛坯生产周期长。通过优化设计阀箱材料化学成分，研究阀箱锻件生产全过程工艺技术，优化工艺流程，缩短阀箱锻件出产周期和生产成本，同时保证阀箱的强韧性良好匹配，提高使用寿命，最终增强阀箱使用耐久性和可维修性，在功能性、经济性允许的条件下，提高可靠性指标，延长使用寿命，是行业丞待解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种马氏体沉淀硬化不锈钢化学成分设计及该材质冶炼、锻造和热处理方法，在保证强度、硬度、低温冲击韧性、晶粒度和显微组织等综合性能优良的前提下，缩短生产工序，达到低成本快速出产的目的。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢，其化学成分是在15
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5PH钢的标准范围内，根据压裂泵阀箱性能要求，进行了内控成分设计，以质量百分比计，包含以下组份：C:0.02
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0.055%、Si:0.30
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0.50%、Mn:0.50
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0.80%、P≤0.020%、S≤0.005%、Cr:14.30
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14.70%、Ni:3.50
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5.50%、Cu:3.00
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3.40%、Nb:0.20
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0.35%、Mo≤0.35%、Pb:0.008%、Bi:0.005%、Sn≤0.008%、As≤0.010%、Sb≤0.005%、Co≤0.05%、Al:≤0.03%、、[H]≤0.00018%、[N]≤0.027%、[O]≤0.0030%，余量为Fe及不可避免的杂质，其中Pb、Bi、Sn、As、Sb、Co、Al为残余元素，[H]、[N]、[O]为气体元素。
[0006]一种短流程马氏体沉淀硬化不锈钢压裂泵阀箱生产方法，（1）按照上述不锈钢的成分组成设计配料，采用EBT电弧炉冶炼
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VOD真空精炼
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LF炉精炼
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VD真空脱气
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模铸工艺路线进行钢锭的冶炼浇注，得到钢锭；其中VOD真空精炼包括预吹氧、主吹氧、缓吹氧、停氧、极真空、罐内造渣还原步骤；（2）将钢锭热送脱模进行锻造，得到不锈钢锻坯；其中锻造包括钢锭热送装炉、钢锭预变形处理、锻坯均质化处理、三向镦拔锻造、锻后水冷处理五个步骤；（3）将不锈钢毛坯进行热处理，得到压裂泵阀箱锻件；先预备热处理完全退火，再
对阀箱锻坯进行粗加工，六面铣光，探伤合格后，钻出双排孔，得到阀箱毛坯，最后热处理包括固溶处理步骤和时效处理步骤。
[0007]具体的：所述热送装炉是将冶炼得到的钢锭脱模，脱模温度不低于650℃，热送至锻造加热炉，加热炉预热至650℃待钢锭装炉；所述钢锭预变形处理是将热送钢锭加热保温温度1200℃，热透后将钢锭滚圆、镦粗、拔长后，热剁冒口、锭底，锻造比＞2，得到预变形锻坯；所述锻坯均质化处理是将预变形处理后锻坯加热保温温度1200℃，保温时间30
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35h；所述三向镦拔锻造是将均质化处理后锻坯换x、y、z三个方向镦拔锻造，共5火次，前3火次锻造温度1200
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920℃，最后2火次锻造温度1180
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920℃，锻造过程采用火焰切割枪清理表面裂纹、折叠，换三向镦拔，锻造比＞8，得到阀箱锻坯；所述锻后水冷处理是将完成锻造后阀箱锻坯转回加热炉升温至1000℃，到温出炉进行水冷；水冷至400℃出水，得到水冷后阀箱锻坯。
[0008]具体的：所述完全退火是将水冷至400℃的阀箱锻坯进行完全退火处理，保温温度900℃，结束保温后高温段在50℃/h的冷速炉冷至400℃，以10℃/h的冷速速率冷却至室温出炉；所述固溶处理为在1040
‑
1050℃保温5
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6h水冷至室温；所述时效处理为在550
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560℃保温8
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10h空冷至室温。
[0009]所述EBT电弧炉冶炼是将废钢、本钢种返回料、合金按照配碳量0.8
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1.0%分拣搭配，采用氧化法熔炼，出钢成分要求：C:0.40
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0.80%，P≤0.015%，S≤0.008%，Si≤0.30%，Mn≤0.50%，Cr:14.3%
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14.7%，Ni:5.0
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5.3%，Cu:3.0
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3.5%。Nb在VOD还原期加入。杂质元素保证在内控要求范围内。出钢温度为1660
‑
1680℃，形成粗炼钢水。
[0010]所述VOD真空精炼是将粗炼钢水扒净钢水表面熔渣，吊入VOD罐，入罐后接通氩气，氩气压力以吹开渣面300mm~500mm为准，合盖抽真空达到32KPa，开始吹氧，真空度控制在25KPa，设定氧气流量150m3/h，氩气流量20NL/min。进入预吹氧阶段，设定氧气流量400
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420m3/h，氩气流量30NL/min，真空度20
‑
25Kpa。预吹氧6min后，进入主吹氧阶段，设定氧气流量460
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550m3/h，氩气流量30NL/min，真空度10
‑
20KPa。主吹氧15
‑
20min后，进入缓吹氧阶段，设定氧气流量480m3/h，氩气流量90
‑
95NL/min，真空度5KPa。缓吹氧5
‑
8min后，观察氧浓差电势E
→
0，同时尾气温度较最高值显著下降（出现拐点），结合CO、CO2浓度变化，产生交点后，观察罐内情况适当过吹3
‑
5min停止吹氧。进入极真空阶段，将真空度抽至67Pa，调大氩气流量至80NL/min，保持15min。保压完成后，采用氮气破空。破空后，对钢水进行预还原，保持氩气流量80NL/min，加入优质石灰22
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25Kg/t，萤石4
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5Kg，同时加入脱氧剂铝饼2Kg/t，硅铁6Kg/t，根据成分加入铌铁。预还原后，形成VOD真空精炼后钢水。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢，特征在于，包含如下质量百分比的组份：C:0.020
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0.055%、Si:0.30
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0.50%、Mn:0.50
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0.80%、P≤0.020%、S≤0.005%、Cr:14.30
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14.70%、Ni:3.50
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5.50%、Cu:3.00
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3.40%、Nb:0.20
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0.35%、Mo≤0.35%、Pb≤0.008%、Bi≤0.005%、Sn≤0.008%、As≤0.010%、Sb≤0.005%、Co≤0.05%、Al≤0.03%、[H]≤0.00018%、[N]≤0.027%、[O]≤0.0030%，余量为Fe及不可避免的杂质，其中Pb、Bi、Sn、As、Sb、Co、Al为残余元素，[H]、[N]、[O]为气体元素。2.一种短流程马氏体沉淀硬化不锈钢压裂泵阀箱生产方法，特征在于：（1）按照权利要求1所述不锈钢的成分组成设计配料，采用EBT电弧炉冶炼
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VOD真空精炼
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LF炉精炼
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VD真空脱气
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模铸工艺路线进行钢锭的冶炼浇注，得到钢锭；其中VOD真空精炼包括预吹氧、主吹氧、缓吹氧、停氧、极真空、罐内造渣还原步骤；（2）将钢锭热送脱模进行锻造，得到不锈钢锻坯；其中锻造包括钢锭热送装炉、钢锭预变形处理、锻坯均质化处理、三向镦拔锻造、锻后水冷处理五个步骤；（3）将不锈钢毛坯进行热处理，得到压裂泵阀箱锻件；先预备热处理完全退火，再对阀箱锻坯进行粗加工，六面铣光，探伤合格后，钻出双排孔，得到阀箱毛坯，最后热处理包括固溶处理步骤和时效处理步骤。3.根据权利要求2所述的一种短流程马氏体沉淀硬化不锈钢压裂泵阀箱生产方法，特征在于：所述热送装炉是将冶炼得到的钢锭脱模，脱模温度不低于650℃，热送至锻造加热炉，加热炉预热至650℃待钢锭装炉；所述钢锭预变形处理是将热送钢锭加热保温温度1200℃，热透后将钢锭滚圆、镦粗、拔长后，热剁冒口、锭底，锻造比＞2，得到预变形锻坯；所述锻坯均质化处理是将预变形处理后锻坯加热保温温度1200℃，保温时间30
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35h；所述三向镦拔锻造是将均质化处理后锻坯换x、y、z三个方向镦拔锻造，共5火次，前3火次锻造温度1200
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920℃，最后2火次锻造温度1180
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920℃，锻造比＞8，得到阀箱锻坯；所述锻后水冷处理是将完成锻造后阀箱锻坯转回加热炉升温至1000℃，到温出炉进行水冷；水冷至400℃出水。4.根据权利要求2所述的一种短流程马氏体沉淀硬化不锈钢压裂泵阀箱生产方法，特征在于：所述完全退火是将水冷至400℃的阀箱锻坯进行完全退火处理，保温温度900℃，结束保温后高温段在50℃/h的冷速炉冷至400℃，以10℃/h的冷却速率冷却至室温出炉；所述固溶处理为在1040
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1050℃保温5
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6h水冷至室温；所述时效处理为在550
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560℃保温8
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10h空冷至室温。5.根据权利要求2所述的一种短流程马氏体沉淀硬化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭明，李国洲，王炳正，魏海东，杨武，陈伟，常富强，刘林，梁亚东，
申请(专利权)人：兰州兰石集团有限公司铸锻分公司，
类型：发明
国别省市：