关于高抗疲劳钻铤用钢化学成分改良与热处理工艺设计的探讨

张剑

（山西风雷钻具有限公司，山西侯马，043013）

1 钢中合金元素对钻铤疲劳强度的影响

在合金钢中，碳是形成钢铁材料的最基本元素之一，也是影响疲劳强度的重要元素。碳含量对材料的组织和性能有重要的影响，当硬度>HRC40,疲劳强度随碳的含量增加而增加，但碳含量过高，塑性和韧性会降低，疲劳强度则会下降，而且碳会与材料中的夹杂或添加元素形成碳化物，碳化物的不同形态也会对钢的性能产生不同影响。所以钻铤材料中的碳含量不能太高。普通钻铤用钢含碳量均在0.42%～0.49%之间，为了提高钻铤的强度，可以适当调节钢中的碳含量。

合金元素在钢中的作用，主要是通过提高钢的淬透性和改善钢的强韧性来影响疲劳强度。合金元素能改变钢中各组成相的性质，又可通过热处理改变钢的组织状态，从而可以改变钢的性能。许多合金元素都能提高钢材的韧性，主要通过改变显微组织和改善基体本身的韧性。如Mn和Ni均可提高钢的淬透性，并能使缓冷后晶界所出现的渗碳体变小从而提高钢的韧性；Ni使基体本身在低温下易于交叉滑移来提高韧性。其他的合金元素当然也能提高韧性，需要从多方面综合考虑。

表1 高抗疲劳钻铤用钢的成分范围（wt，%）

本文通过钻铤用钢材料组分配比，即控制碳及其它合金元素的含量来提高钢的疲劳强度与冲击韧性

2 钢种化学成分改良设计及钢厂冶炼条件确定

2.1 钢种及化学成分改良设计

结合以上钢中合金元素对钻铤疲劳强度的影响，改良设计拟选合金的成分见表1所示，此钢为AISI4145H改良型钢。