CN103228402A

CN103228402A - 一种抗低应力磨损的管焊条

Info

Publication number: CN103228402A
Application number: CN2011800489012A
Authority: CN
Inventors: 张烈华; 宋全胜
Original assignee: Kingdream PLC
Current assignee: Sinopec Oilfield Equipment Corp
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: US20140238193A1; WO2013063766A1; CN103228402B

Abstract

本发明涉及一种抗低应力磨损的管焊条，它包括有焊管和装于焊管中的填料，填料组分包括宏晶碳化钨颗粒、表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：宏晶碳化钨颗粒10～50％，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒43～85％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～20％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。本发明由于混合使用了宏晶碳化钨颗粒、表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和球形铸造碳化钨颗粒，特别提高了敷焊层在低应力工况下的耐磨损能力，使该焊条所形成的耐磨敷焊层的整体耐磨性得到很大的提高，特别适合牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化。

Description

一种抗低应力磨损的管焊条

技术领域

本发明涉及一种抗低应力磨损的管焊条，用作耐磨层的敷焊，特别适合在低应力磨损工况下使用，可用于地质钻井牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化，也可用于其它钢铁材料的表面强化。

背景技术

随着地质勘探钻井技术的进步，石油钻井对钻井工具的性能要求也越来越高，石油钻井钻头应对的工况也越来越复杂、越来越恶劣，对钻头上耐磨敷焊层的耐磨性也提出了越来越高的要求。

钻头上需要提高耐磨性的区域较多，从钻头的使用工况和耐磨性的要求看，一种是对低应力下的耐磨性要求较高，低应力下的耐磨性通常用ASTM G65标准方法测量评价；另一种是对高应力下的耐磨性要求较高，高应力下的耐磨性通常用ASTM B611标准方法测量评价。根据钻头使用工况的复杂性，在钻头的不同部位需要应用不同性能特点的敷焊焊条，以提高钻头的整体性能。低应力下的耐磨管焊条，其填料中的耐磨相经历了机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、宏晶碳化钨颗粒、宏晶碳化钨颗粒+机械粉碎的铸造碳化钨的不断改进，使这一类管焊条的性能有了很大的提高。但就目前来说，如何选配更为优化的焊条填料，以提高和完善此类管焊条的耐磨性能和焊接工艺性等仍然亟待进一步的探讨和解决。

技术问题

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种耐磨性能更高的抗低应力磨损的管焊条。

技术解决方案

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

包括有焊管和装于焊管中的填料，所述的填料组分包括宏晶碳化钨颗粒、表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：宏晶碳化钨颗粒10～50％，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒43～85％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～20％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。

按上述方案，所述的宏晶碳化钨颗粒为单晶碳化钨颗粒和/或多晶碳化钨颗粒，粒度按美国标准筛为20~200目。

按上述方案，所述的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为40~200目，其主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.15%。

按上述方案，所述的球形铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为40~200目，其主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.0% ，铁0.15~ 0.50，铬0.10~ 0.20，钒0.10~ 0.20。

按上述方案，所述的合金粉包括铁、硅、锰、铌和镍，各组分重量百分比为：铁12~20%，硅10~16%，锰45~53%，铌5~15%，镍5~15%。

按上述方案，所述的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒所占填料的重量百分比为 15~80%，所述的球形铸造碳化钨颗粒所占填料的重量百分比为5~70%。

按上述方案，所述的焊管和填料的重量百分比为：焊管20~40%，填料60~80%。

按上述方案，所述的焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计小于或等于0.20％。

按上述方案，所述有机粘结剂为酚醛树脂。

有益效果

本发明的有益效果在于：1、填料中采用表面渗碳处理的铸造碳化钨，提高了焊条的焊接工艺性与耐磨性。表面渗碳处理的铸造碳化钨相对于机械粉碎的铸造碳化钨，由于表面渗碳处理的铸造碳化钨的表层是一层碳化钨，碳化钨比铸造碳化钨的韧性更好、与粘结金属的结合强度更高，虽然在几何形状上没有差别，但焊接工艺性更好，表面与敷焊层的粘结金属结合强度更高，使敷焊层的承压能力和耐冲击能力得到进一步改善，耐磨性相应提高。2、填料中的球形铸造碳化钨提高了敷焊层的硬度与耐磨性。球形铸造碳化钨相对于机械粉碎的铸造碳化钨，首先由于几何形状上的差别，承压能力和耐冲击能力就有很大提高；其次由于球形铸造碳化钨的硬度更高，通常机械粉碎的铸造碳化钨的硬度在HV2200～2500，而球形铸造碳化钨的硬度在HV2600～3600，因此球形铸造碳化钨比机械粉碎的铸造碳化钨具有更高的耐磨性。3、本发明对填料中的合金粉的组成进行了调整，铁、硅、锰、铌和镍的有机组合保证了本发明所述的一种抗低应力磨损的管焊条在焊接过程中有良好的焊接工艺性。此外，宏晶碳化钨颗粒、表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒与球形铸造碳化钨颗粒的粒度选择，更有利于几种颗粒之间形成良好的级配与颗粒组合，增加敷焊层的耐磨性。4、本发明既保证了管焊条的焊接工艺性，又提高了管焊条敷焊层在各种工况下的耐磨性，填料中使用宏晶碳化钨颗粒+表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨用做耐磨相，特别提高了管焊条敷焊层在低应力工况下的耐磨性，适合牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化，也可用于其它钢铁材料的表面强化。5、用机械粉碎的铸造碳化钨颗粒来部分地替代表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒或球形铸造碳化钨颗粒，机械粉碎的铸造碳化钨的用量不超过表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和球形铸造碳化钨颗粒的总量，这将有所降低焊条的耐磨损性能，但可使焊条的制造成本降低。

按本发明的技术方案设计试制了几种管焊条，分别进行了焊接工艺性评价，应用ASTM G65和ASTM B611标准方法进行了敷焊层的耐磨性的测量评价，并与国际上现有的性能先进的同类管焊条的性能进行了对比，对比结果如下：

现用焊条焊接工艺性合格，ASTM G65磨损量0.3567（克），ASTM B611磨损量0.7462（克）。

本发明焊条1焊接工艺性合格，ASTM G65磨损量0.2713（克），ASTM B611磨损量0.6710（克），ASTM G65耐磨性对比提高31.5（%），ASTM B611耐磨性对比提高11.2（%）。

本发明焊条2焊接工艺性合格，ASTM G65磨损量0.2500（克），ASTM B611磨损量0.6438（克），ASTM G65耐磨性对比提高42.7（%），ASTM B611耐磨性对比提高15.9（%）。

本发明焊条3焊接工艺性合格，ASTM G65磨损量0.2941（克），ASTM B611磨损量0.6852（克），ASTM G65耐磨性对比提高21.3（%），ASTM B611耐磨性对比提高8.9（%）。

本发明焊条4焊接工艺性合格，ASTM G65磨损量0.2609（克），ASTM B611磨损量0.6639（克），ASTM G65耐磨性对比提高36.7（%），ASTM B611耐磨性对比提高12.4（%）。

附图说明

图1为本发明一个实施例的管焊条敷焊层的典型显微组织照片。图1中标记A为宏晶碳化钨颗粒，标记B为表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒，标记C为球形铸造碳化钨颗粒。

本发明的最佳实施方式

实施例2：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条焊管中的填料按重量百分比计由15%的宏晶碳化钨颗粒、15%的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒、64%的球形铸造碳化钨颗粒、5%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，宏晶碳化钨颗粒粒度是20~100目，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒粒度是40~100目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是80~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁15%、硅15%、锰50%、铌10%、镍10%，填料所占管焊条的重量百分比为73%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM G65标准方法测量低应力下敷焊层的耐磨性提高40%， ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高15%以上，表现出明显的性能优势。

本发明的实施方式

实施例1：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由15%的宏晶碳化钨颗粒、65%的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒、15%的球形铸造碳化钨颗粒、4%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，宏晶碳化钨颗粒粒度是60~100目，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒粒度是80~140目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是80~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁18%、硅12%、锰48%、铌11%、镍11%，填料所占管焊条的重量百分比为65%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM G65标准方法测量低应力下敷焊层的耐磨性提高30%，ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高10%以上，表现出明显优势。

本发明的实施方式

实施例3：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由45%的宏晶碳化钨颗粒、25%的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒、5%的球形铸造碳化钨颗粒、20%的机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、4%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，宏晶碳化钨颗粒粒度是60~140目，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒粒度是80~200目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是40~100目，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒粒度是40~100目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁18%、硅12%、锰48%、铌11%、镍11%，填料所占管焊条的重量百分比为68%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM G65标准方法测量低应力下敷焊层的耐磨性提高20%， ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高8%以上，表现出较好的性能优势。

本发明的实施方式

实施例4：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由40%的宏晶碳化钨颗粒、15%的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒、25%的球形铸造碳化钨颗粒、15%的机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、4%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，宏晶碳化钨颗粒粒度是60~140目，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒粒度是80~200目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是60~140目，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒粒度是80~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁18%、硅12%、锰48%、铌11%、镍11%，填料所占管焊条的重量百分比为70%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM G65标准方法测量低应力下的耐磨性提高35%， ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高10%以上，表现出较好的性能优势。

Claims

1、一种抗低应力磨损的管焊条，包括有焊管和装于焊管中的填料，其特征在于所述的填料组分包括宏晶碳化钨颗粒、表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：宏晶碳化钨颗粒10～50％，表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒和/或球形铸造碳化钨颗粒43～85％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～20％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。

2、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的宏晶碳化钨颗粒为单晶碳化钨颗粒和/或多晶碳化钨颗粒，粒度按美国标准筛为20~200目。

3、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为40~200目。

4、按权利要求3所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.15%。

5、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为40~200目。

6、按权利要求5所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形铸造碳化钨颗粒主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.0% ，铁0.15~ 0.50，铬0.10~ 0.20，钒0.10~ 0.20。

7、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的合金粉包括铁、硅、锰、铌和镍，各组分重量百分比为：铁12~20%，硅10~16%，锰45~53%，铌5~15%，镍5~15%。

8、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的表面渗碳处理的铸造碳化钨颗粒所占填料的重量百分比为15~80%，所述的球形铸造碳化钨颗粒所占填料的重量百分比为5~70%。

9、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的焊管和填料的重量百分比为：焊管20~40%，填料60~ 80%。

10、按权利要求1所述的抗低应力磨损的管焊条，其特征在于所述的焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计小于或等于0.20％。