一種鉆具用無(wú)磁鋼及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種鉆具用無(wú)磁鋼，其化學(xué)成分按重量百分比含有C?0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr3.0～4.0％，Ni8.0～10.0％，V1.0～1.5％，其余量為鐵，及其采用固溶時(shí)效熱處理強(qiáng)化工藝的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)具有較高強(qiáng)韌性、可加工性好、磁導(dǎo)率低，穩(wěn)定性能好，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及ー種無(wú)磁鋼，特別涉及ー種鉆具用無(wú)磁鋼及其制備方法。
技術(shù)介紹
石油鉆具是石油及天然氣鉆采設(shè)備重要的部件，是石油專用管材的重要組成部分。根據(jù)油氣勘探，開(kāi)發(fā)的地質(zhì)地理?xiàng)l件和工程需要，鉆井作業(yè)中井眼軌跡控制是勘探井和開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)中的關(guān)鍵技木。需在鉆柱下部連接一定長(zhǎng)度用無(wú)磁性鉆具(壁厚一般在30mm-103mm之間)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井眼的斜度和方位，以便及時(shí)調(diào)整。隨著各種復(fù)雜條件下開(kāi)采技術(shù)飛速發(fā)展，無(wú)論在陸地還是海洋上，對(duì)于無(wú)磁鉆井工具提出了很高的要求。石油鉆具常用的無(wú)磁鋼一般均為高鉻、高鎳的奧氏體不銹鋼，也有采用以錳代鎳、 以氮代碳的奧氏體不銹鋼。其中典型的材料為lCrl8Ni9Ti、W1813N等，此類(lèi)材料雖也為無(wú)磁鋼，但它仍具有弱磁性，強(qiáng)度、抗晶間腐蝕性能不能很好的滿足無(wú)磁鉆具使用的相關(guān)要求。中國(guó)專利(公開(kāi)號(hào)CN 1100176A)公開(kāi)了ー種高強(qiáng)度無(wú)磁鉆鋌用鋼，其特征在于冶煉后需經(jīng)過(guò)鍛造過(guò)程，第一歩開(kāi)坯鍛造，溫度1100°C 1200°C，保溫2小時(shí)，鍛造比2 3 ;第ニ步二次精鍛成型，總鍛比6 8，溫度900°C 1100°C，最后留20% 30%在650°C 950°C鍛造進(jìn)行形變強(qiáng)化處理，鍛后快冷。此種奧氏體無(wú)磁鋼以靠形變強(qiáng)化使鋼的屈服強(qiáng)度提高到700MPa。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了，通過(guò)合理控制各元素的化學(xué)成分，并通過(guò)沉淀強(qiáng)化熱處理來(lái)提供ー種有高強(qiáng)韌性、可加工性好、磁導(dǎo)率低，穩(wěn)定性能好，生產(chǎn)成本低的無(wú)磁鋼。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下—種鉆具用無(wú)磁鋼，其特征在于該無(wú)磁鋼化學(xué)成分按重量百分比含有C O. 30 O.40%,Si ^ O. 8%,Mn 7. O 9. 0%，P ≤ O. 06%，S ≤O. 01 %，Cr 3.0 4.0%，Ni 8. O 10. 0%, V I. O I. 5%，其余量為鐵。制備該鉆具用無(wú)磁鋼的方法，包括以下エ藝①原料按比例配置后進(jìn)行鍛造；②在1100°C 1150°C溫度下進(jìn)行固溶熱處理；③然后進(jìn)行水冷處理；④在650°C溫度下，進(jìn)行24小時(shí)的時(shí)效處理；⑤最后出爐空冷。在Fe-Mn-C系中一般以中碳及高錳(18_20% )來(lái)獲得穩(wěn)定奧氏體。生產(chǎn)實(shí)踐表明，含錳量高達(dá)20 %的鋼中其熱加工、冷加工、切削、磨削等エ藝均不夠理想，因此以部分鎳來(lái)取代部分錳，同時(shí)為進(jìn)ー步改善冷加工性加入4%的鉻構(gòu)成9Ni-8Mn-4Cr的基體。為進(jìn)ー步穩(wěn)定奧氏體在Fe-Mn-C系中加入適量的鉻，在中碳含量時(shí)并不出現(xiàn)高溫鐵素體相，同時(shí)可以改善高錳鋼的加工性能。在高錳高鉻中碳鋼中加入釩，經(jīng)時(shí)效后碳與釩形成碳化物彌散析出，碳化釩彌散強(qiáng)化提高了鋼的強(qiáng)度，在含釩量為I. O I. 5%范圍時(shí)碳含量對(duì)機(jī)械性能影響極為顯著。磷含量< O. 06%，在奧氏體鋼中磷無(wú)很大危害性，適當(dāng)放寬磷的限制有利于使用返回料或高碳錳鐵(含磷較高)，以降低鋼的成本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果(I)由于合理控制了各元素的化學(xué)成分，使無(wú)磁鋼具有較高強(qiáng)韌性、可加工性好、磁導(dǎo)率低,穩(wěn)定性能好,生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。(2)由于采用了沉淀強(qiáng)化的熱處理方法，可以使奧氏體固溶體中析出彌散分布的第二相，這種第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋼的基體起強(qiáng)化作用。無(wú)磁鋼在完全固溶后獲得單一奧氏體組織，經(jīng)時(shí)效后C與V形成的碳化物彌散析出，通過(guò)碳化釩的彌散析出提高了鋼的強(qiáng)度。通過(guò)熱處理充分發(fā)揮鋼的機(jī)械性能潛力。 具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)ー步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。實(shí)施例I本專利技術(shù)鉆具用無(wú)磁鋼的制備方法，包括以下エ藝①將精純?cè)习碈O. 38%, Si O. 75%, Mn 8. 35%, P O. 023%, S O. 009%, Cr4. 25%, Ni 8. 16%, V I. 27%，其余量為鐵的比例配置，在常壓爐冶煉，經(jīng)鍛造開(kāi)坯制成熱處理試樣，鍛造エ藝參數(shù)為一次開(kāi)坯鍛造溫度1160 1200°C，終鍛溫度900°C鍛造比不小于3. O二次精鍛加熱溫度1140 1180°C，終鍛溫度850°C鍛造比不小于2. 5②在1120°C的溫度下進(jìn)行固溶熱處理；③然后進(jìn)行水冷處理；④在650°C溫度下，進(jìn)行24小時(shí)的時(shí)效處理；⑤最后出爐空冷。實(shí)驗(yàn)表明，該鉆具用無(wú)磁鋼的機(jī)械性能參數(shù)以及磁導(dǎo)率系數(shù)詳見(jiàn)表2滿足石油鉆具無(wú)磁鉆鋌相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較高強(qiáng)韌性、可加工性好、磁導(dǎo)率低，穩(wěn)定性能好，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。同時(shí)按國(guó)標(biāo)GB/T 4334-2008《金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕方法》，采用E法進(jìn)行本專利技術(shù)鋼材的晶間腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明不存在晶間腐蝕開(kāi)裂。滿足石油鉆具無(wú)磁鉆鋌腐蝕性能要求。實(shí)施例2、實(shí)施例3本專利技術(shù)鉆具用無(wú)磁鋼及其制備方法中的參數(shù)見(jiàn)表1，過(guò)程恕我不再贅述。C%O. 30「0.40 Si%0.800.60 Mn%7.009.00本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鉆具用無(wú)磁鋼，其特征在于該無(wú)磁鋼化學(xué)成分按重量百分比含有c O. 30 ·O. 40%,Si ^ O. 8%,Mn 7. O 9. 0%，P 彡 O. 06%，S 彡 O. 01 %，Cr 3.0 4.0%，Ni 8. O ·10. 0%, VI. O I. 5%，其余量為...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁鵬斌，高斌強(qiáng)，余榮華，董強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海海隆石油管材研究所，上海海隆石油鉆具有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：