CN102676944A - 一种钻具用无磁钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻具用无磁钢，其化学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％，其余量为铁，及其采用固溶时效热处理强化工艺的制备方法。本发明具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无磁钢，特别涉及一种钻具用无磁钢及其制备方法。
背景技术
石油钻具是石油及天然气钻采设备重要的部件，是石油专用管材的重要组成部分。根据油气勘探，开发的地质地理条件和工程需要，钻井作业中井眼轨迹控制是勘探井和开发井生产中的关键技术。需在钻柱下部连接一定长度用无磁性钻具(壁厚一般在30mm-103mm之间)实时监测井眼的斜度和方位，以便及时调整。随着各种复杂条件下开采技术飞速发展，无论在陆地还是海洋上，对于无磁钻井工具提出了很高的要求。
石油钻具常用的无磁钢一般均为高铬、高镍的奥氏体不锈钢，也有采用以锰代镍、以氮代碳的奥氏体不锈钢。其中典型的材料为1Cr18Ni9Ti、W1813N等，此类材料虽也为无磁钢，但它仍具有弱磁性，强度、抗晶间腐蚀性能不能很好的满足无磁钻具使用的相关要求。
中国专利(公开号CN 1100176A)公开了一种高强度无磁钻铤用钢，其特征在于冶炼后需经过锻造过程，第一步：开坯锻造，温度：1100℃～1200℃，保温2小时，锻造比2～3；第二步：二次精锻成型，总锻比6～8，温度900℃～1100℃，最后留20％～30％在650℃～950℃锻造进行形变强化处理，锻后快冷。此种奥氏体无磁钢以靠形变强化使钢的屈服强度提高到700MPa。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种钻具用无磁钢及其制备方法，通过合理控制各元素的化学成分，并通过沉淀强化热处理来提供一种有高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的无磁钢。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种钻具用无磁钢，其特征在于该无磁钢化学成分按重量百分比含有C 0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn 7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr 3.0～4.0％，Ni 8.0～10.0％，V 1.0～1.5％，其余量为铁。
制备该钻具用无磁钢的方法，包括以下工艺：
①原料按比例配置后进行锻造；
②在1100℃～1150℃温度下进行固溶热处理；
③然后进行水冷处理；
④在650℃温度下，进行24小时的时效处理；
⑤最后出炉空冷。
在Fe-Mn-C系中一般以中碳及高锰(18-20％)来获得稳定奥氏体。生产实践表明，含锰量高达20％的钢中其热加工、冷加工、切削、磨削等工艺均不够理想，因此以部分镍来取代部分锰，同时为进一步改善冷加工性加入4％的铬构成9Ni-8Mn-4Cr的基体。为进一步稳定奥氏体在Fe-Mn-C系中加入适量的铬，在中碳含量时并不出现高温铁素体相，同时可以改善高锰钢的加工性能。在高锰高铬中碳钢中加入钒，经时效后碳与钒形成碳化物弥散析出，碳化钒弥散强化提高了钢的强度，在含钒量为1.0～1.5％范围时碳含量对机械性能影响极为显著。磷含量≤0.06％，在奥氏体钢中磷无很大危害性，适当放宽磷的限制有利于使用返回料或高碳锰铁(含磷较高)，以降低钢的成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)由于合理控制了各元素的化学成分，使无磁钢具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的特点。
(2)由于采用了沉淀强化的热处理方法，可以使奥氏体固溶体中析出弥散分布的第二相，这种第二相质点对钢的基体起强化作用。无磁钢在完全固溶后获得单一奥氏体组织，经时效后C与V形成的碳化物弥散析出，通过碳化钒的弥散析出提高了钢的强度。通过热处理充分发挥钢的机械性能潜力。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明钻具用无磁钢的制备方法，包括以下工艺：
①将精纯原料按：C 0.38％，Si 0.75％，Mn 8.35％，P 0.023％，S 0.009％，Cr 4.25％，Ni 8.16％，V 1.27％，其余量为铁的比例配置，在常压炉冶炼，经锻造开坯制成热处理试样，锻造工艺参数为：
一次开坯锻造温度：1160～1200℃，终锻温度：900℃锻造比：不小于3.0
二次精锻加热温度：1140～1180℃，终锻温度：850℃锻造比：不小于2.5
②在1120℃的温度下进行固溶热处理；
③然后进行水冷处理；
④在650℃温度下，进行24小时的时效处理；
⑤最后出炉空冷。
实验表明，该钻具用无磁钢的机械性能参数以及磁导率系数详见表2满足石油钻具无磁钻铤相关标准要求，具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的特点。同时按国标GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀方法》，采用E法进行本发明钢材的晶间腐蚀试验，试验结果表明不存在晶间腐蚀开裂。满足石油钻具无磁钻铤腐蚀性能要求。
实施例2、实施例3本发明钻具用无磁钢及其制备方法中的参数见表1，过程恕我不再赘述。
| C％ | 0.30 | 0.40 |
| Si％ | 0.80 | 0.60 |
| Mn％ | 7.00 | 9.00 |
| Ni％ | 8.00 | 10.00 |
| Cr％ | 3.00 | 4.00 |
| P％ | 0.060 | 0.035 |
| S％ | 0.010 | 0.005 |
| V％ | 1.00 | 1.50 |
| 固溶处理温度 | 1100℃ | 1150℃ |
| 时效处理 | 650℃24小时 | 650℃24小时 |
表1
表2
Claims (2)
1.一种钻具用无磁钢，其特征在于该无磁钢化学成分按重量百分比含有C 0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn 7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr 3.0～4.0％，Ni 8.0～10.0％，V1.0～1.5％，其余量为铁。
2.制备权利要求1所述的钻具用无磁钢的方法，其特征在于该制备方法包括以下工艺：
①原料按权利要求1所述的钻具用无磁钢比例配置后进行锻造；
②在1100℃～1150℃温度下进行固溶热处理；
③然后进行水冷处理；
④在650℃温度下，进行24小时的时效处理；
⑤最后出炉空冷。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103600041A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-02-26 | 乐山力盾铸钢有限公司 | 一种高强高硬耐海洋腐蚀无磁钢的铸造方法 |
| CN104325052A (zh) * | 2014-10-17 | 2015-02-04 | 中原特钢股份有限公司 | 一种无磁稳定器锻造工艺 |
| CN107119241A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-01 | 东北大学 | 一种1000MPa级无磁不锈钢热轧板及制造方法 |
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2011
- 2011-03-08 CN CN2011100546337A patent/CN102676944A/zh active Pending
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