CN105950975A - 用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺 - Google Patents

用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，解决了采用齿面敷焊耐磨材料的方式提高钻头切削齿寿命时，其制造成本较高的问题。本发明包括步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，并使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；步骤二、将Mn、Al、Cu、V加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入C、Cr、Si、B，混合均匀，在900～1050℃条件下保温1～2h，然后以10～15℃/min的升温速度增加到1200～1250℃，保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；步骤三、浇铸完成后降温，然后快速冷却；步骤四，冷却保温，最后经过淬火、回火后制成成品。本发明具有屈服强度高、硬度高、耐磨性好等优点。

Description

用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺
技术领域
本发明涉及一种金属材料，具体涉及用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺。
背景技术
石油钻头是石油钻井的重要工具，是在开采石油时用于钻取石油的，其工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。
镶齿钻头采用高强度高韧性硬质合金齿，优化设计的齿排数、齿数、露齿高度和独特的合金齿外形，充分发挥了镶齿钻头高耐磨性和优异的切削能力。但现有钢齿钻头的齿面敷焊新型耐磨材料，通过耐磨材料的设置保持钢齿钻头高机械钻速的同时，提高了钻头切削齿寿命。
采用上述齿面敷焊新型耐磨材料的方式提高钻头切削齿寿命时，其制造成本较高，当敷焊新型耐磨材料的工艺不好时，极大地影响钢齿钻头的使用效果和寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：采用上述齿面敷焊新型耐磨材料的方式提高钻头切削齿寿命时，其制造成本较高的问题，提供解决上述问题的用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺。
本发明通过下述技术方案实现：
用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，并使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；
步骤二、将Mn、Al、Cu、V加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入C、Cr、Si、B，混合均匀，在900～1050℃条件下保温1～2h，然后以10～15℃/min的升温速度增加到1200～1250℃，保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
其中，各元素的质量百分比如下：C 0.8％～1.0％，Cr 0.3％～0.4％，Mn 0.3％～0.4％，Si 0.1％～0.3％，Al 0.05％～0.1％，B 0.05％～0.1％，Cu 0.05％～0.1％，V 0.05％～0.1％。
通过本发明的配比组成的钢材，其屈服强度高、硬度高、耐磨性好，进而有效延长本发明钢材制成的石油钻头的使用寿命。
进一步，所述各元素的质量百分比为：C 0.8％～0.9％，Cr 0.3％～0.4％，Mn 0.3％～0.4％，Si 0.1％～0.2％，Al 0.05％～0.1％，B 0.05％～0.1％，Cu 0.05％～0.1％，V 0.05％～0.1％。
更进一步地，所述各元素的质量百分比为：C 0.9％，Cr 0.3％，Mn 0.4％，Si 0.2％，Al 0.05％，B 0.1％，Cu 0.05％，V 0.08％。
作为最优地设置方式，所述C、Cr 、Mn和Si的质量百分比之和小于1.9％，所述Mn、Al、B、Cu和V的质量百分比之和大于0.65％。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明具有屈服强度高、硬度高、耐磨性好等优点，进而有效延长本发明钢材制成的石油钻头的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，并使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；
步骤二、将Mn、Al、Cu、V加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入C、Cr、Si、B，混合均匀，在900～1050℃条件下保温1～2h，然后以10～15℃/min的升温速度增加到1200～1250℃，保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；该快速冷却的降温速度大于100℃/min；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
其中，各元素的质量百分比如下：C 0.8％～1.0％，Cr 0.3％～0.4％，Mn 0.3％～0.4％，Si 0.1％～0.3％，Al 0.05％～0.1％，B 0.05％～0.1％，Cu 0.05％～0.1％，V 0.05％～0.1％。
本实施例中的各元素的具体组成成份如表1所示。
表1
本实施例中脱硫、脱氧、脱磷处理，以及淬火、回火处理工序均为现有技术，因此不再赘述。
对上述组成成份比例的物质组成的基体材料进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2
通过上述表2的试验数据可知，本发明实例1-实例3中的数据表明：本发明不仅仅能保证同时具有较高的屈服强度、冲击韧性和硬度，而且还具有一定的耐酸碱性，且本发明的成本更加低廉，效果十分显著。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，其特征在于，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，并使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；
步骤二、将Mn、Al、Cu、V加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入C、Cr、Si、B，混合均匀，在900～1050℃条件下保温1～2h，然后以10～15℃/min的升温速度增加到1200～1250℃，保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
其中，各元素的质量百分比如下：C 0.8％～1.0％，Cr 0.3％～0.4％，Mn 0.3％～0.4％，Si 0.1％～0.3％，Al 0.05％～0.1％，B 0.05％～0.1％，Cu 0.05％～0.1％，V 0.05％～0.1％。
2.根据权利要求1所述的用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，其特征在于，所述各元素的质量百分比为：C 0.8％～0.9％，Cr 0.3％～0.4％，Mn 0.3％～0.4％，Si 0.1％～0.2％，Al 0.05％～0.1％，B 0.05％～0.1％，Cu 0.05％～0.1％，V 0.05％～0.1％。
3.根据权利要求1所述的用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，其特征在于，所述各元素的质量百分比为：C 0.9％，Cr 0.3％，Mn 0.4％，Si 0.2％，Al 0.05％，B 0.1％，Cu 0.05％，V 0.08％。
4.根据权利要求1所述的用于石油钻头的高强度超耐磨钢制备工艺，其特征在于，所述C、Cr 、Mn和Si的质量百分比之和小于1.9％，所述Mn、Al、B、Cu和V的质量百分比之和大于0.65％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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