油田钻井液介质的复杂化对钻杆表面耐蚀耐磨性提出了更高的要求,但石油钻杆内涂层防腐技术存在着内涂层易脱落、机械性能差等缺点,常规的离子渗氮技术普遍存在着强韧性较差的问题。为了解决强韧性变差的问题,本文以氮气、氢气和二氧化碳的混合气体为共渗介质,采用亚温淬火+离子氮碳共渗复合工艺,研究不同工艺参数对试样共渗层组织、厚度、耐蚀耐磨性、强度和冲击韧性的影响,在保证石油钻杆耐蚀耐磨性的基础上,得到石油钻杆强韧性的最佳工艺参数。本文利用正交试验,通过改变离子氮碳共渗的气体比例、共渗温度、共渗时间和炉内气压等四个因素,研究不同工艺参数对共渗层组织和性能的影响。试验结果表明,最佳的离子氮碳共渗工艺参数,即H₂:N₂:CO₂=2:2:1,共渗温度580℃,共渗时间4 h,炉内气压500Pa。离子氮碳共渗的共渗层由白亮层和扩散层组成,内层组织由回火索氏体组成,且共渗层拥有良好的耐蚀耐磨性。与常规离子渗氮相比,最佳共渗试样的强度和断后延伸率略有提高,冲击韧性提高了25%。以最佳共渗参数作为回火参数,通过改变亚温淬火的温度、保温时间和冷却介质,研究不同工艺参数对共渗层组织和力学性能的影响。试验结果表明,共渗层由白亮层和扩散层组成,内层由铁素体和回火索氏体组成,且晶粒变得细小而均匀。随着亚温淬火温度的升高,石油钻杆屈服和抗拉强度升高,冲击韧性下降;随着保温时间的延长,屈服和抗拉强度先增大后减小,冲击韧性逐渐减小;相较于生活用水,10%NaCl的屈服和抗拉强度增大,但是冲击韧性下降明显。10#机油的冲击韧性显著增大,但是屈服和抗拉强度下降明显。得到的最佳亚温淬火工艺参数为亚温淬火温度790℃,保温时间5min,冷却介质生活用水。此复合工艺参数试样的屈服强度达到了母材的98.8%,冲击韧性达到了母材的90.2%,基本满足了实际生产的使用要求。