AISI 4145 / 4145H 鋼

關於 AISI 4145 / 4145H SteelIs 的常見問題解答

AISI 4145 鋼用於石油鑽鋌？

AISI 4145鋼經熱處理後具有良好的綜合力學性能和耐蝕性，是國際石油工業中應用最廣泛的中碳低合金鋼。

AISI 4145鋼由於具有良好的強韌性和耐H2S腐蝕能力，可在石油開採過程中用作鑽鋌材料，也可用於生產石油鑽桿。尤其是在石油和天然氣環境中具有出色的耐腐蝕性，AISI 4145 鋼還用於石油管道的生產。

AISI 4145 鋼耐腐蝕嗎？

AISI 4145鋼主要用於生產石油鑽鋌，也可用於生產石油套管，用於油田腐蝕環境。

AISI 4145鋼（回火索氏體）良好的結構可以提高耐腐蝕性。此外，合金元素Cr可溶於F，可提高耐蝕性，Mo元素也有助於提高耐蝕性。

可以焊接 AISI 4145 鋼嗎？

從AISI 4145的成分計算，其CE約為0.85，焊接性很差。焊接AISI 4145鋼時，必須進行焊前預熱和焊後熱處理。 AISI 4145嚴格的焊接工藝保證了焊接的可靠性。

什麼是 AISI 4145H？

當添加“H”時，這意味著需要 AISI 4145 鋼以確保淬透性。事實上，AISI 4145H 和 AISI 4145 鋼在成分上沒有區別。

什麼是 AISI 4145H MOD？

MOD是Modify的意思。因此，AISI 4145H MOD是在AISI 4145鋼的基礎上進行的改進，可能是由於成分的變化或更嚴格的性能要求。

AISI 4145H MOD 鑽鋌

AISI 4145 鋼與 50CrMo4 鋼

作為中碳Cr-Mo系列低合金鋼的代表，AISI 4145源自ASTM A29美標，而50CrMo4則屬於歐標EN10083。首先我們從成分上看一下它們的區別。請看下表。

從上表可以看出，元素的主要區別在於C和Mn，其他元素一般很小。由於這些差異，50CrMo4鋼在強度和淬透性方面優於AISI 4145鋼，但其焊接性能比較差。

AISI 4145鋼主要用於石油工業，如鑽鋌、鑽桿、石油管道等。而50CrMo4用於比42CrMo4鋼要求更高強度或更大截面的鍛件，如機車牽引用大齒輪，增壓器傳動齒輪、後橋、發動機汽缸、1200~2000m石油深井鑽桿接頭及打撈工具等。有時50CrMo4鋼可替代鎳含量較高的調質鋼。

AISI 4145H 鋼生產工藝

AISI 4145H鋼採用適當的成分設計和先進的生產工藝獲得了良好的力學性能，使其能夠滿足4145H鋼在石油鑽井過程中的性能要求。

AISI 4145H鋼的生產工藝：

鋼水預處理→轉爐→LF→RH→連鑄-連鑄→熱交貨→加熱→熱軋/鍛造→保溫→矯直→退火→磨削→檢驗→出廠

為獲得均勻緻密的鑄坯，在鋼水冶煉過程中，經過鎂基粉末噴塗脫硫處理、惰性氣體攪拌、真空脫氣處理、微合金化元素V/Ti處理鋼中夾雜物.

在冶煉過程中，應注意C與Cr、Mn、Mo等元素的匹配。這些手段保證了鋼中合金元素的均勻性，可以獲得更均勻的鐵素體組織。

控軋控冷技術有助於提高4145H鋼的力學性能，使其具有良好的力學性能，保證硬度的均勻性，為後續的深加工做好準備。

AISI 4145 鋼熱處理

• AISI 4145 鋼退火

AISI 4145鋼的退火工藝為完全退火，可以使鋼的組織完全再結晶，消除材料鍛造或軋製後組織中的缺陷。

經多方研究論證，AISI 4145的最佳退火溫度為820℃，保溫適當時間後隨爐冷卻。鋼中的最終組織為鐵素體和珠光體，其表面硬度約為200HBW。

• AISI 4145 鋼淬火和回火

AISI 4145鋼通過調質熱處理可以獲得滿意的綜合性能，以滿足石油設備的要求。

加熱溫度和保溫時間是影響淬火質量的兩個重要部分。通過加熱實現奧氏體化後所獲得的組織將影響材料在淬火後的性能。

對於AISI 4145鋼，合適的淬火溫度在840-860ºC之間，保溫時間取決於材料的厚度。

AISI 4145H鋼淬火圖

淬火後應立即進行回火處理。4145鋼用作鑽鋌鋼時，需要在560-630℃的高溫下進行回火，以獲得回火索氏體，最終獲得良好的綜合力學性能。

AISI 4145H鋼回火圖

• Q&T 條件下 AISI 4145H 鋼的機械性能

什麼是 AISI 4145H 鋼種名稱？

說到美國鋼種，美國鋼鐵協會（AISI）和美國汽車工程師協會（SAE）永遠是人們津津樂道的話題。的確，這兩個機構都參與了鋼材數字編碼系統的標準化工作，並且他們共同設計了一個簡單的編號系統：Unified Numbering System，簡稱UNS。

作為識別淬透性帶限值鋼的一種方式，後綴字母“H”已添加到常規系列號中。在統一編號系統 (UNS) 中，“H”作為前綴出現。在這裡，與4145鋼的UNS代號G41450不同，4145H鋼的UNS代號為H41450。

說完字母H的意思，剩下的數字就很好理解了。從之前的FAQ系列中，我們很容易看出4145H屬於41XX系列。詳情請參考下表。

從上表可以看出，4145H屬於Cr-Mo系低合金鋼，4145H後兩位數字45的含義代表平均含碳量0.45%。

什麼是鑽鋌？

鑽鋌是安裝在鑽桿和鑽頭之間的鑽具組合的主要部件。在鑽進過程中，鑽鋌不僅承受拉、壓、彎、扭等應力，而且還對井壁的摩擦和油、汽、泥漿等介質的磨損和腐蝕。

典型的鑽桿組件

鑽鋌的作用是什麼？

• 將 WOB 應用於鑽頭
• 保持鑽桿受拉，保證鑽柱受壓工作強度
• 減少鑽頭的振動、擺動和跳動，保持鑽頭工作平穩
• 控制井斜

鑽鋌的種類有哪些？

• 普通鑽鋌

普通鑽鋌，又稱圓柱形鑽鋌或整體式鑽鋌。鑽鋌通常由普通合金鋼製成，管體截面為內外圓形，兩端加工連接螺紋。

• 螺旋鑽鋌

螺旋鑽鋌在圓鑽鋌的外圓柱面上加工出三個右旋螺旋槽，重量比同尺寸普通鑽鋌輕4%。

在定向鑽井中，螺旋鑽鋌減少了與井壁的接觸面積，能有效防止壓差卡鑽，因此得到廣泛應用。

• 無磁鑽鋌

無磁鑽鋌主要用於石油鑽井過程中的監測，其結構與整體式鑽鋌相同。

該材料具有良好的低磁導率和良好的可加工性。通過嚴格的化學成分分析鍛造而成，材料經過機械性能測試，確保硬度、韌性、衝擊值和耐腐蝕性能符合標準。

鑽鋌的未來趨勢

世界上容易開采的油氣資源已經枯竭。新發現的油氣田鑽井條件差，鑽井深度增加，對鑽鋌的製造要求更高。

目前，開發石油鑽具用新型鋼和開發石油鑽鋌用高強高韌鋼越來越受到人們的重視。在提高力學性能的同時，提高其抗硫化氫腐蝕能力，對於延長材料壽命、減少經濟損失具有重要的現實意義。

AISI 4145H 鑽鋌常見問題解答

AISI 4145H 鑽鋌的非金屬夾雜物要求是什麼？

非金屬夾雜物不僅影響鋼的純度，而且影響材料的性能，特別是降低材料的塑性和衝擊韌性。

對於 AISI 4145H 鑽鋌，非金屬夾雜物必須滿足以下要求

AISI 4145H鑽鋌的淬透性有什麼要求？

AISI 4145H鑽鋌對硬度、強度和韌性有很高的要求。我們可以通過淬透性曲線了解它的性能。一般來說，淬透性高的鋼材具有較高的機械性能。

AISI 4145H 淬透性曲線

對於AISI 4145H鑽鋌，淬透性必須滿足以下要求

AISI 4145H鑽鋌的宏觀結構要求是什麼？

宏觀組織主要影響材料的緻密性，進而對鋼材的加工性能和力學性能有很大影響。對於AISI 4145H鑽鋌，宏觀組織必須滿足以下要求

如何防止 AISI 4145H 鋼產生白點？

AISI 4145H作為Cr-Mo系列合金鋼，具有很強的白點敏感性。為了防止白點的產生，我們通常會立即對鍛造的AISI 4145H鋼進行脫氫熱處理。熱處理曲線如下

為什麼鑽鋌使用 AISI 4145H 鋼而不是 AISI 4140 鋼？

AISI 4145H鑽鋌鋼按美國標準生產。作為一種中碳低合金鋼，它在力學性能和應力腐蝕方面與AISI 4140鋼有一定的相似之處。

1990年代以前大多使用AISI 4140，但4140在機械性能和抗硫化氫腐蝕方面都不盡如人意。

AISI 4145H鋼良好的力學性能和抗硫化氫腐蝕性能，對提高其使用壽命、減少油田事故、降低成本具有顯著影響。

如何製作高質量的 AISI 4145H 鑽鋌？

AISI 4145H鋼熱處理後具有良好的綜合力學性能和耐蝕性，是石油工業中應用最廣泛的中碳低合金鋼。由於具有良好的強度、韌性和抗H2S腐蝕性能，AISI 4145H鋼被廣泛應用於石油生產過程中的鑽鋌和鑽桿材料。

由於材料的特殊性，用AISI 4145H鋼製造的鑽鋌質量很難令人滿意。因此，我們面臨著如何製造高質量的AISI 4145H鑽鋌的問題，那麼我們就這個話題進行很好的討論。

從上圖我們可以大致看到一個鑽鋌的生產流程圖，下面我們就用AISI 4145H鋼來說一下流程圖中幾個重要的控制點。

• 鍛造

通過嚴格的鍛造工藝，鍛造出優質的4145H材料是製造優質鑽鋌的重要前提。

通過嚴格控制鍛造溫度、鍛造時間和鍛造變形量，使鋼錠中原有的粗大枝晶和柱狀晶轉變為晶粒細小、尺寸均勻的等軸再結晶組織，並使原有的偏析、疏鬆、氣孔、夾渣4145H鋼錠緻密密實。

AISI 4145H鑽鋌，加工如下

• 初鍛溫度：1150-1180℃
• 終鍛溫度：850℃以上
• 鍛造比：6:1 以上

4145H鋼經鍛造後組織更加緻密，提高了塑性和機械性能。

• 熱處理

AISI 4145H材料的熱處理作為最關鍵的工序，直接決定能否製造出高質量的鑽鋌工具。根據要求 API SPEC 7-1，AISI 4145H 應進行淬火(Q) 和回火(T) 以達到性能要求。

根據我們豐富的經驗，我們會提前對AISI 4145H進行正火熱處理，然後進行Q&T，以確保材料能夠完美滿足要求。具體要求如下表所示。

• UT/MT檢驗

超聲波探傷和磁粉探傷都是無損探傷的形式。對於AISI 4145H鑽鋌，熱處理後進行探傷的最佳時機。超聲波檢測主要檢測內部缺陷，而磁粉檢測針對的是表面缺陷，主要是裂紋檢測。

UT 和 MT 檢驗是確保 AISI 4145H 材料最大安全性和可靠性的重要方法，可嚴格按照 API SPEC 7-1 第 11 條執行。

• 抽樣檢測

AISI 4145H材料樣品的性能最終代表了最終產品鑽鋌的性能，因此樣品的檢測也是至關重要的一環。

AISI 4145H的取樣原則按照API SPEC 7-1的8.2.1條款執行。取樣後加工成試棒，待實驗室數據合格後方可繼續後續加工。

在哪裡可以買到優質的 AISI 4145H 鋼材？

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我們為 AISI 4145H 鋼供應什麼

AISI 4145H 鋼免費樣品

熱處理

• 歸一化(+N)
• 退火(+A)
• 調質(+QT)

加工

車削/銑削/鑽孔/剝皮/拋光