本發明涉及特種冶金的電渣重熔領域，特別是提供了一種壓裂泵液力端用鋼及其制備工藝。
背景技術：
壓裂泵液力端石油開采固井壓裂車動力端的重要部件，主要用于酸化處理、固井、礫石充填、壓裂作業等，處于酸化、高沙比、高壓、大排量等惡劣使用環境。要求鋼鐵材料具有高的耐磨性、耐高壓、抗沖擊等性能，滿足液力端在苛刻條件下服役期內保持高性能作業的使用要求。
壓裂泵液力端用鋼的主成分符合美國SAE 4330V材料標準。雖然標準中規定了合金元素成分范圍，但不能滿足不同熱處理工藝要求。此外，也未能明確材料鍛造前的[O]、[H]、[N]等雜質元素的控制范圍。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，提供一種壓裂泵液力端用鋼及其制備工藝，控制電渣重熔錠中的氫、氧、氮含量滿足壓裂泵液力端用鋼的要求，工藝成本低與重熔工藝相匹配，滿足經濟高效運行的目的。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種壓裂泵液力端用鋼，由以下重量百分比的化學成分組成：C％：0.25～0.40，Si％：≤0.30，Mn％：0.25～0.50，Cr％：1.10～1.70，T.O％：≤0.0015，P％：≤0.0080，S％：≤0.0050，Al％：0.010～0.025，Ni％：2.80～3.50，Mo％：0.30～0.60，V％：0.05～0.20，Ti％≤0.0015，Cu％≤0.15，As％≤0.04，Sn％≤0.03，Sb％≤0.005，Pb％≤0.002，其余為Fe及不可避免的不純物。
一種壓裂泵液力端用鋼的制備工藝，包括有自耗電極的冶煉制備工藝模塊、自耗電極的電渣重熔工藝模塊，具體步驟依次為：電弧爐初煉步驟、LF精煉步驟、RH真空精煉步驟、圓坯連鑄步驟、連鑄坯步驟、電渣重熔步驟、電渣錠步驟。
所述自耗電極的冶煉制備工藝模塊具體步驟如下：
a)電弧爐冶煉：電爐采用換渣操作，氧化期結束流出全部氧化渣換新渣，確保電弧爐終點Ti≤0.0008％、P≤0.0060％；
b)電弧爐無渣出鋼：偏心爐底出鋼，若需留鋼，留鋼量控制在15％～20％；
c)LF爐精煉：LF精煉渣堿度控制在1.5～2.0，LF精煉過程中采用電石加碳粉進行擴散脫氧，白渣保持時間大于20分鐘；
d)RH真空精煉：在真空度67Pa以下，真空保持15～20分鐘；真空精煉結束前5分鐘添加鋁粒增Al至目標值。
所述自耗電極的電渣重熔工藝模塊具體步驟如下：
a)自耗電極采用電爐-LF-RH-圓坯連鑄工藝流程獲得的圓坯，經切割定尺、表面砂剝除銹至圓坯表面光亮；
b)電渣重熔渣采用CaF2占68％～72％，Al2O3占28％～32％，用量為38～42kg/t鋼，渣料需在電阻爐內740～760℃溫度下連續烘烤12小時以上，即取即用；
c)利用公稱容量為10t的電渣重熔爐集中組產，熔速恒定并與電極尺寸、結晶器錠型匹配。對于的錠型，填充比為0.59，重熔電流和電壓分別控制在17000～18500A和65～70V，熔速控制在820～960kg/h；對于的錠型，填充比為0.67，重熔電流和電壓分別控制在16000～16900A和64～67V，熔速控制在800～920kg/h；
d)為控制夾雜物形狀和進一步脫氧，電渣重熔冶過程中每隔一段時間添加稀土，稀土用量占總渣量的0.05％～0.2％；
e)補縮分三個臺階降電流，縮孔深度控制在50mm以內；
f)補縮結束后模冷2小時，之后進入退火爐在860℃下保溫10小時，然后爐冷至≤300℃，出爐。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：本發明可生產出T.O≤0.0015％壓裂泵液力端用鋼的連鑄圓坯，然后進行電渣重熔(ESR)，電渣重熔的具體技術方案包括自耗電極的冶煉制備、自耗電極的電渣重熔兩大模塊，采用的技術路線為：電弧爐初煉→LF精煉→RH真空精煉→圓坯連鑄→連鑄坯→電渣重熔→電渣錠。
本發明的有益效果是：(1)鋼的潔凈度高；(2)電渣重熔冶煉電耗降低了100-150kwh/t鋼，而且爐與爐之間的控制穩定性好；由于采用連鑄圓坯批量集中組產，化學成分穩定性好，工藝適用性廣，操作簡單，易于實現標準化作業，既適合生產高潔凈度的高鎳含量的電渣錠，也適合生產其它高潔凈度的鉻鎳鉬合金鋼。
具體實施方式
本發明可生產出T.O≤0.0015％的壓裂泵液力端用鋼的連鑄圓坯，然后進行電渣重熔(ESR)，具體技術方案包括自耗電極的冶煉制備和自耗電極的電渣重熔兩大模塊。
一種壓裂泵液力端用鋼，由以下重量百分比的化學成分組成：C％：0.25～0.40，Si％：≤0.30，Mn％：0.25～0.50，Cr％：1.10～1.70，T.O％：≤0.0015，P％：≤0.0080，S％：≤0.0050，Al％：0.010～0.025，Ni％：2.80～3.50，Mo％：0.30～0.60，V％：0.05～0.20，Ti％≤0.0015，Cu％≤0.15，As％≤0.04，Sn％≤0.03，Sb％≤0.005，Pb％≤0.002，其余為Fe及不可避免的不純物。
一種壓裂泵液力端用鋼的制備工藝，包括有自耗電極的冶煉制備工藝模塊、自耗電極的電渣重熔工藝模塊，具體步驟依次為：電弧爐初煉步驟、LF精煉步驟、RH真空精煉步驟、圓坯連鑄步驟、連鑄坯步驟、電渣重熔步驟、電渣錠步驟。
所述自耗電極的冶煉制備工藝模塊具體步驟如下：
a)電弧爐冶煉：電爐采用換渣操作，氧化期結束流出全部氧化渣換新渣，確保電弧爐終點Ti≤0.0008％、P≤0.0060％；
b)電弧爐無渣出鋼：偏心爐底出鋼，若需留鋼，留鋼量控制在15％～20％；
c)LF爐精煉：LF精煉渣堿度控制在1.5～2.0，LF精煉過程中采用電石加碳粉進行擴散脫氧，白渣保持時間大于20分鐘；
d)RH真空精煉：在真空度67Pa以下，真空保持15～20分鐘；真空精煉結束前5分鐘添加鋁粒增Al至目標值。
所述自耗電極的電渣重熔工藝模塊具體步驟如下：
a)自耗電極采用電爐-LF-RH-圓坯連鑄工藝流程獲得的圓坯，經切割定尺、表面砂剝除銹至圓坯表面光亮；
b)電渣重熔渣采用CaF2占68％～72％，Al2O3占28％～32％，用量為38～42kg/t鋼，渣料需在電阻爐內740～760℃溫度下連續烘烤12小時以上，即取即用；
c)利用公稱容量為10t的電渣重熔爐集中組產，熔速恒定并與電極尺寸、結晶器錠型匹配。對于的錠型，填充比為0.59，重熔電流和電壓分別控制在17000～18500A和65～70V，熔速控制在820～960kg/h；對于的錠型，填充比為0.67，重熔電流和電壓分別控制在16000～16900A和64～67V，熔速控制在800～920kg/h；
d)為控制夾雜物形狀和進一步脫氧，電渣重熔冶過程中每隔一段時間添加稀土，稀土用量占總渣量的0.05％～0.2％；
e)補縮分三個臺階降電流，縮孔深度控制在50mm以內；
f)補縮結束后模冷2小時，之后進入退火爐在860℃下保溫10小時，然后爐冷至≤300℃，出爐。
本發明與傳統采用模鑄鋼錠進行電渣重熔的技術相比，具有如下優點：
(1)鋼的潔凈度高：鋼中H≤0.0002％，T.O≤0.0010％，N≤0.0070％，Ti≤0.0010％，P≤0.0080％，S≤0.0050％，電渣錠經鍛造后，鍛坯中的非金屬夾雜物A+B+C+D+DS≤2.0級。
(2)電渣重熔冶煉電耗降低了100～150kwh/t鋼，而且爐與爐之間的控制穩定性好。
本發明實施例的電渣重熔主要工藝參數見表1。
表1本發明實施例的電渣重熔主要工藝參數