目前,国内外对低温环境下钻机及修井机(以下简称钻修机)的研究相对滞后,尚未明确产品技术标准,也未对低温钻修机提出完整的概念,缺乏对钻修机低温适应性的系统研究。本论文对低温环境下钻修机用钢进行了系统研究,提出了“低温钻修机”概念,制订了低温钻修机标准及材料低温冲击韧性试验方法,促进了低温环境下钻修机的研究与开发。　　 论文针对目前钻修机关键部件材料的低温性能与断裂机理开展系统研究,深入考察了材料低温断裂机理及影响因素,确定了材料的韧一脆转变温度。冲击试验结果表明,所有试验钢种的冲击性能随试验温度下降而降低,某些钢种在试验温度范围内存在着明显的脆性转变温度,而有些钢种则没有明显的脆性转变温度。对各钢种不同尺寸毛坯取样,对在相应热处理条件下所获得的显微组织进行观察分析,结果表明,取样毛坯尺寸、热处理条件等因素对各钢种的显微组织及其冲击性能均有显著影响。通过合理控制热处理工艺,能够充分发挥钢的组织与性能潜力,获得优异强度与塑性配合,从而获得优异冲击性能,以满足低温条件下的使用要求。断口分析结果表明,大部分材料存各种冲击条件下的冲击断口一般均由靠近缺口的纤维状裂纹萌生区、对应于裂纹扩展阶段的放射区、最终断裂所对应的剪切(终断)区所构成,个别材料放射区则一直贯穿至试样最终断裂的区域。特别是目前使用的吊环用钢20SiMn2MoVA钢的冲击断口上,存在大量球形析出物,这些析出物为碳化物,或者为碳化物与氧化物的共存体,这些析出物及其脱落后形成的空洞,对材料的使用性能尤其是冲击性能会产生重大的不良影响。　　 在对材料低温性能与断裂机理进行系统研究的基础上,发现吊环用钢等现用材料达不到低温使用要求。为此,本论文重点围绕事关安全的重要部件一吊环开展研究,开发了满足-45℃低温环境的结构钢20SiMn2CrNiMoVE,通过显微组织、断口分析和实验研究表明,该材料具有优良的低温性能,并成功应用到低温吊环研制中。由于钻修机是复杂的大型工程机械,所需材料品种规格很多,因此,采用与吊环用钢研究类似的方法,通过改变钢材的化学成分、低倍组织和铸锻工艺、热处理工艺、无损探伤检测等手段,研发了系列低温钻修机用钢并进行了工艺研究,达到了标准中规定的-45℃低温环境下的使用要求,已成功应用到低温钻修机上。