本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，還涉及該鋼種鑄鋼件的制造方法。

　　背景技術：

　　隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求也必然日益旺盛，國內油氣資源的勘探開發已經遠不能滿足社會經濟發展的需求，2018年我國天然氣消費量達2766億m3，天然氣凈進口量達1254億m3，天然氣對外依存度45.3％；2018年石油表觀消費量為6.3億噸，凈進口4.4億噸，對外依存度達69.8％。據中國工程院和國際能源署(iea)等單位預測：中國未來將長期處于油氣短缺狀態，石油天然氣的對外依存度將繼續提高。2019年，原油凈進口突破5億噸大關，石油凈進口4.65億噸，原油和石油對外依賴度雙破70％，天然氣保障能力建設首次提升到國家戰略層面，加強油氣資源的勘探開發對于保障我國能源安全具有重要意義。

　　深層油氣資源的勘探開發越來越受到世界各國的重視，也是未來油氣勘探開發的重點領域。我國深層油氣資源豐富，陸上39％的剩余石油資源和57％的剩余天然氣資源分布在深層，大多分布在高原、山地、沙漠、灘涂等較復雜惡劣環境，開發技術要求高。要加大國內外石油勘探開發的力度，提高國內石油的供給能力，必須提高超深井石油鉆井裝備的技術水平。

　　超深井鉆井技術的競爭本質上是裝備技術水平的競爭。為了順利開展深層、超深層油氣資源的勘探開發，必須具備高性能的超深井鉆井裝備。作為鉆井的核心裝備，超深井鉆機的研制為深層油氣開發提供了技術保障。經過多年發展，我國已經成為石油鉆機制造大國，先后形成了從1000m～5000m系列自主鉆機研發和制造能力，但在6000m～12000m以上的超深井鉆機裝備方面，存在鉆機提升系統、循環系統等核心設備普遍存在尺寸偏大、結構笨重、材料性能偏低等問題。隨著油氣裝備制造業產品的輕量化，油氣鉆井裝備對材料的要求不斷提高，為了滿足未來深層超深層油氣勘探開發的需要，必須大力推進超深井石油鉆機的研制，推動鉆井裝備輕量化的升級換代。

　　技術實現要素：

　　本發明的第一個目的是提供一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，具有鑄造性能好、低溫沖擊韌性高、抗疲勞性和焊接性能良好的特點。

　　本發明的另一個目的是提供一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件的制造方法，具有制造出的鑄鋼件，滿足超深井石油鉆機提升系統主要提升設備大鉤、吊環、水龍頭等關鍵裝備的使用要求的特點。

　　本發明所采用的第一個技術方案是，一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，由以下成份組成：c0.16～0.23％，cr0.75～0.95％，ni1.65～2.00％，mn0.50～0.80％，mo0.20～0.30％，si0.20～0.40％，nb0.01～0.09％，v0.05～0.15％，p≤0.015％，s≤0.010％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　本發明所采用的另一個技術方案是，一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件的制造方法，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1、將廢鋼放入偏心底電爐內熔化、氧化脫碳，然后移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行；

　　步驟2、在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，按比例向lf爐煉鋼加入合金調整化學成分；

　　步驟3、精煉末期同時加改性劑對夾雜物進行變質改性處理；

　　步驟4、澆注時采用底吹氣式滑動水口吹入純凈的氬氣均勻成分和溫度，凈化鋼水，并引流澆注鋼水成型；

　　步驟5、將打箱后的毛坯熱切割并進行高溫去氫處理；

　　步驟6、對有缺陷的鑄件整體預熱補焊并進行消氫處理；

　　步驟7、鑄件打磨完后進行正火處理；

　　步驟8、對粗加工后的鑄件進行最終熱處理。

　　本發明的特點還在于：

　　步驟2的合金具體為1.65～2.00％的ni、0.75～0.95％的cr、0.50～0.80％的mn、0.20～0.30％的mo及0.20～0.40％的si。

　　步驟3中改性劑具體為0.01％～0.09％的nb，0.05％～0.15％的釩鐵細化晶粒及0.10％～0.15％的稀土硅。

　　步驟5的具體操作為毛坯加熱至890～930℃保溫4～5小時，冷卻至290～310℃時熱切冒口和補襯，冒口熱切完后，立即加熱至650℃保溫35～37小時后空冷。

　　步驟6具體操作為預熱溫度不低于300℃，鑄件補焊完后，加熱至330～370℃保溫2～3小時進行消氫處理。

　　步驟7具體操作為在890～930℃保溫正火3～4小時后空冷，并進行拋丸處理。

　　步驟8具體操作為先將毛坯先加熱至910～950℃保溫4～5小時后淬水；而后加熱至830～870℃保溫3～4小時二次淬水，冷卻后再次加熱至650～690℃保溫8～9小時后空冷，即得一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件。

　　本發明的有益效果是：

　　1、本發明生產出的鑄鋼件具有鑄造性能好、低溫沖擊韌性高、抗疲勞性和焊接性能良好的特性，完全滿足了超深井石油鉆機提升系統主要提升設備大鉤、吊環、水龍頭的使用要求。

　　2、本發明生產出的鑄鋼件經雙基爾試塊和φ125、φ160、φ200、φ250、φ280、φ315，7個規格的等效圓試塊取樣進行力學性能測試表明，其力學性能指標遠遠高于specapi8c的技術要求。

　　具體實施方式

　　下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，由以下成份組成：c0.16～0.23％，cr0.75～0.95％，ni1.65～2.00％，mn0.50～0.80％，mo0.20～0.30％，si0.20～0.40％，nb0.01～0.09％，v0.05～0.15％，p≤0.015％，s≤0.010％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1、將廢鋼放入偏心底電爐內熔化、氧化脫碳，然后移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行；

　　步驟2、在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，按比例向lf爐加入合金，將鋼中化學成分調整為1.65～2.00％的ni、0.75～0.95％的cr、0.50～0.80％的mn、0.20～0.30％的mo及0.20～0.40％的si；

　　步驟3、精煉末期，分別按占投料量比例的0.01％～0.09％、0.05％～0.15％、0.10％～0.15％，加改性劑nb、釩鐵細化晶粒以及稀土硅對夾雜物進行變質改性處理；

　　步驟4、澆注時采用底吹氣式滑動水口，吹入純凈的氬氣均勻成分和溫度，凈化鋼水，并引流澆注鋼水成型；

　　步驟5、將打箱后的毛坯加熱至890～930℃保溫4～5小時，冷卻至290～310℃時熱切冒口和補襯，冒口熱切完后，立即加熱至650℃保溫35～37小時后空冷，進行高溫去氫處理；

　　步驟6、對有缺陷的鑄件進行整體預熱補焊，預熱溫度不低于300℃，鑄件補焊完后，加熱至330～370℃保溫2～3小時進行消氫處理；

　　步驟7、鑄件打磨完后進行正火處理，在890～930℃保溫正火3～4小時后空冷，并進行拋丸處理；

　　步驟8、對粗加工后的鑄件進行最終熱處理，先將毛坯先加熱至910～950℃保溫4～5小時后淬水；而后加熱至830～870℃保溫3～4小時二次淬水，冷卻后再次加熱至650～690℃保溫8～9小時后空冷，即得一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件。

　　本發明的冶煉工藝：采用偏心底電爐和lf精煉爐雙聯工藝生產。根據設計的化學成分，精選爐料，在偏心底電孤爐內冶煉，氧化溫度≥1580℃，脫碳量達到0.30％以上，碳含量控制在0.12％以下，p≤0.010％出鋼。將還原期移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行。在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，并按比例加入ni、cr、mn、mo、si合金調整化學成分至設計范圍內。在出鋼前5～10分鐘調整化學成分至規格范圍內，加si-fe后，同時加0.01％～0.09％的nb、0.05％～0.15％的釩鐵再細化晶粒，推渣攪拌均勻。出鋼前5分鐘左右，加0.10％～0.15％的稀土硅對夾雜物的形態進行變質改性處理，確保化學成分在控制范圍內。出鋼溫度1590℃～1610℃。

　　本發明的澆注工藝：采用底吹氣式滑動水口吹入惰性氣體氬氣，均勻成分和鋼水溫度，去除氣體和夾雜，并引流澆注成形。砂型澆注后保溫72小時打箱去砂。

　　本發明的清切工藝：鑄件打箱落砂后，毛坯直接進窯正火，在890～930℃保溫4～5小時后空冷。此后，在290～310℃左右熱切冒口和補襯。冒口熱切完后，立即趁熱進電窯加熱至650℃保溫35～37小時進行高溫去氫處理，然后空冷。清除鑄件上的粘砂、夾雜物、澆冒口殘留等缺陷。必要時可對有缺陷的鑄件進行整體預熱補焊，預熱溫度不低于300℃，鑄件補焊完成后，加熱至330～370℃保溫2小時進行消氫處理，并對鑄件非加工面打磨出金屬光澤。鑄件打磨完成后進行二次正火處理，加熱890～930℃保溫3～4小時后空冷,二次正火后的鑄件應進行噴丸處理，清除氧化皮。

　　本發明的熱處理工藝：對粗加工后的鑄件毛坯先加熱至910～950℃保溫4～5小時后淬水；再加熱至830～870℃保溫3～4小時二次淬水，冷卻后再加熱至650～690℃保溫8～9小時后空冷。

　　實施例1

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，由以下成份組成：c0.163％，cr0.75％，ni1.65％，mn0.50％，mo0.20％，si0.40％，nb0.09％，v0.15％，p0.015％，s0.010％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1、將廢鋼放入偏心底電爐內熔化、氧化脫碳，然后移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行；

　　步驟2、在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，按比例向lf爐加入合金，將鋼中化學成分調整為1.65％的ni、0.75％的cr、0.50％的mn、0.20％的mo及0.40％的si；

　　步驟3、精煉末期，分別按占投料量比例的0.09％、0.15％、0.15％，加改性劑nb、釩鐵細化晶粒以及稀土硅對夾雜物進行變質改性處理；

　　步驟4、澆注時采用底吹氣式滑動水口吹入純凈的氬氣均勻成分和溫度，凈化鋼水，并引流澆注鋼水成型；

　　步驟5、將打箱后的毛坯加熱至900℃保溫4.5小時，冷卻至300℃時熱切冒口和補襯，冒口熱切完后，立即加熱至650℃保溫36小時后空冷，進行高溫去氫處理；

　　步驟6、對有缺陷的鑄件進行整體預熱補焊，預熱溫度360℃，鑄件補焊完后，加熱至350℃保溫2.5小時進行消氫處理；

　　步驟7、鑄件打磨完后進行正火處理，在900℃保溫正火3.5小時后空冷，并進行拋丸處理；

　　步驟8、對粗加工后的鑄件進行最終熱處理，先將毛坯先加熱至920℃保溫4.5小時后淬水；而后加熱至850℃保溫3.5小時二次淬水，冷卻后再次加熱至670℃保溫8.5小時后空冷，即得一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件。

　　實施例2

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，由以下成份組成：c0.23％，cr0.95％，ni2.00％，mn0.80％，mo0.30％，si0.20％，nb0.01％，v0.05％，p≤0.010％，s≤0.001％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1、將廢鋼放入偏心底電爐內熔化、氧化脫碳，然后移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行；

　　步驟2、在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，按比例向lf爐加入合金，將鋼中化學成分調整為2.00％的ni、0.95％的cr、0.80％的mn、0.30％的mo及0.20％的si；

　　步驟3、精煉末期，分別按占投料量比例的0.01％、0.05％、0.10％，加改性劑nb、釩鐵細化晶粒以及稀土硅對夾雜物進行變質改性處理；

　　步驟4、澆注時采用底吹氣式滑動水口吹入純凈的氬氣均勻成分和溫度，凈化鋼水，并引流澆注鋼水成型；

　　步驟5、將打箱后的毛坯加熱至890℃保溫4小時，冷卻至290℃時熱切冒口和補襯，冒口熱切完后，立即加熱至650℃保溫35小時后空冷，進行高溫去氫處理；

　　步驟6、對有缺陷的鑄件進行整體預熱補焊，預熱溫度300℃，鑄件補焊完后，加熱至330℃保溫2小時進行消氫處理；

　　步驟7、鑄件打磨完后進行正火處理，在890℃保溫正火3小時后空冷，并進行拋丸處理；

　　步驟8、對粗加工后的鑄件進行最終熱處理，先將毛坯先加熱至910℃保溫4小時后淬水；而后加熱至830℃保溫3小時二次淬水，冷卻后再次加熱至650℃保溫8小時后空冷，即得一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件。

　　實施例3

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，由以下成份組成：c0.19％，cr0.81％，ni1.84％，mn0.58％，mo0.28％，si0.3％，nb0.07％，v0.08％，p≤0.012％，s≤0.005％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1、將廢鋼放入偏心底電爐內熔化、氧化脫碳，然后移至在lf精煉爐內，用預熔性精煉劑和石灰重新造渣，還原、精煉同時進行；

　　步驟2、在lf爐煉鋼的還原期保持白渣精煉的同時，按比例向lf爐加入合金，將鋼中化學成分調整為1.84％的ni、0.81％的cr、0.58％的mn、0.28％的mo及0.3％的si；

　　步驟3、精煉末期，分別按占投料量比例的0.07％、0.08％、0.12％，加改性劑nb、釩鐵細化晶粒以及稀土硅對夾雜物進行變質改性處理；

　　步驟4、澆注時采用底吹氣式滑動水口吹入純凈的氬氣均勻成分和溫度，凈化鋼水，并引流澆注鋼水成型；

　　步驟5、將打箱后的毛坯加熱至930℃保溫5小時，冷卻至310℃時熱切冒口和補襯，冒口熱切完后，立即加熱至650℃保溫37小時后空冷，進行高溫去氫處理；

　　步驟6、對有缺陷的鑄件進行整體預熱補焊，預熱溫度320℃，鑄件補焊完后，加熱至370℃保溫3小時進行消氫處理；

　　步驟7、鑄件打磨完后進行正火處理，在930℃保溫正火4小時后空冷，并進行拋丸處理；

　　步驟8、對粗加工后的鑄件進行最終熱處理，先將毛坯先加熱至950℃保溫5小時后淬水；而后加熱至870℃保溫4小時二次淬水，冷卻后再次加熱至690℃保溫9小時后空冷，即得一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件。

　　實施例4

　　按照本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件的制造方法，生產出的鑄鋼件由以下成份組成：c0.17％，ni1.98％，mo0.25％，cr0.90％，mn0.78％，si0.35％，nb0.013％，v0.09％，p0.012％，s0.006％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　實施例5

　　按照本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件的制造方法，生產出的鑄鋼件由以下成份組成：c0.19％，ni1.73％，mo0.22％，cr0.84％，mn0.73％，si0.26％，nb0.020％，v0.08％，p0.015％，s0.008％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　實施例6

　　按照本發明一種超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件的制造方法，生產出的鑄鋼件由以下成份組成：c0.23％，ni1.68％，mo0.22％，cr0.77％，mn0.66％，si0.27％，nb0.036％，v0.06％，p0.010％，s0.006％，余量為fe，以上各組分質量百分比為100％。

　　對實施例4、5、6生產的超深井石油鉆機提升系統用鑄鋼件力學性能指標為(對雙基爾試塊和φ125mm、φ160mm、φ200mm、φ250mm、φ280mm、φ315mm，7個規格的等效圓試塊取樣進行力學性能測試)：