JP2016506451A - Bainite steel for rock drilling components - Google Patents

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    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002Bainite

Abstract

質量%(wt%)で、C:0.16〜0.23、Si:0.8〜1.0、Mo:0.67〜0.9、Cr:1.10〜1.30、V:0.18〜0.4、Ni:1.60〜2.0、Mn:0.65〜0.9、P:≦0.020、S:≦0.02、Cu:≦0.20、N:0.005〜0.012、と、残部鉄と、不可避的不純物とを含むベイナイト鋼。【選択図】図1In mass% (wt%), C: 0.16-0.23, Si: 0.8-1.0, Mo: 0.67-0.9, Cr: 1.10-1.30, V: 0.18 to 0.4, Ni: 1.60 to 2.0, Mn: 0.65 to 0.9, P: ≦ 0.020, S: ≦ 0.02, Cu: ≦ 0.20, N : Bainitic steel containing 0.005 to 0.012, balance iron, and inevitable impurities. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、請求項1の前文によるベイナイト鋼に関する。本発明は、更に、請求項7の前文によるドリルロッド構成要素に関する。本発明は、更に、請求項10の前文によるドリルロッド構成要素を製造するための方法に関する。本発明は、また、請求項15の前文による新規なベイナイト鋼の使用に関する。   The invention relates to a bainite steel according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a drill rod component according to the preamble of claim 7. The invention further relates to a method for manufacturing a drill rod component according to the preamble of claim 10. The invention also relates to the use of the new bainitic steel according to the preamble of claim 15.

採鉱および建設作業用のドリルロッドは、典型的には、中央ロッド部分、ねじ切りされた雄型端部およびねじ切りされた雌型端部を備える。操作中に、ドリルヘッドまたはドリルビットが、ロッドの雄型端部にねじで取り付けられ、ドリルヘッドが岩石の中に駆動され、またはドリル工具によって粉砕される。1つのタイプのドリルは、いわゆる「トップハンマ式ドリル」と呼ばれ、ドリル工具がドリルロッドに高速回転運動および震動を提供するように配置される。ドリル穴の長さが進行するにつれて、ドリルロッドは、先行するドリルロッドの端部にドリルロッドを更にねじで取り付けることによって、延伸され得る。   Drill rods for mining and construction operations typically comprise a central rod portion, a threaded male end and a threaded female end. During operation, a drill head or drill bit is screwed onto the male end of the rod and the drill head is driven into the rock or ground by a drill tool. One type of drill is called a so-called “top hammer drill” and is arranged so that the drill tool provides high speed rotational motion and vibration to the drill rod. As the drill hole length progresses, the drill rod can be stretched by further threading the drill rod onto the end of the preceding drill rod.

ドリルロッドは、鍛造、ならびに鋼製ロッドの端部を対合する雄型コネクタおよび雌型コネクタの中にねじを切ることによって製造され得る。しかし、今日最も一般的な実施は、雄型コネクタおよび雌型コネクタを別々に製造し、次いでコネクタを鋼製ロッドの各端部に摩擦圧接によって取り付けることである。   Drill rods can be manufactured by forging and threading into male and female connectors that mate the ends of a steel rod. However, the most common practice today is to manufacture male and female connectors separately and then attach the connectors to each end of the steel rod by friction welding.

ドリルロッドが摩耗し、取り換える必要がある割合がドリル作業についての全体的費用に直接的影響を及ぼすので、ドリルロッドに関連する1つの問題は、それらが相対的に使用寿命が短いことである。追加の問題は、ロッドの強度である。仮にロッドが破損する場合、ドリル穴からロッドを回収するために相当に時間がかかる可能性がある。   One problem associated with drill rods is that they have a relatively short service life, as the rate at which the drill rods wear and need to be replaced directly affects the overall cost of the drilling operation. An additional problem is the strength of the rod. If the rod breaks, it can take a considerable amount of time to retrieve the rod from the drill hole.

ドリルロッドを改善するために、過去に何らかの研究が成されてきた。例えば、国際公開第97/27022号パンフレットは、摩擦圧接後にコネクタと中央ロッドとの間の境界面で発生する軟質材料区域の問題に対応している。コネクタおよび中央ロッドが一体に摩擦圧接される場合、コネクタと中央ロッドとの間の境界面の中に熱が放出される。過熱された区域は、「熱の影響を受けた区域」(HAZ:Heat Affected Zone)と呼ばれる。HAZの中の鋼材は焼き戻され、軟質材料の区域が、ロッドとコネクタとの間の境界面に発生する。軟質区域は、ドリルロッドの最も弱い部分になり、典型的にはドリルロッドが折れる位置である。この問題を解決するために、HAZの中の最も焼き戻された部分がドリルロッドの芯部硬度に等しい硬度を有するように、化学組成が均衡された鋼を国際公開第97/27022号パンフレットは提案している。   Some work has been done in the past to improve drill rods. For example, WO 97/27022 addresses the problem of soft material zones that occur at the interface between the connector and the central rod after friction welding. When the connector and central rod are friction welded together, heat is released into the interface between the connector and the central rod. The overheated zone is referred to as a “heat affected zone” (HAZ). The steel in the HAZ is tempered and a soft material zone is created at the interface between the rod and the connector. The soft area is the weakest part of the drill rod and is typically the position where the drill rod breaks. In order to solve this problem, WO 97/27022 discloses a steel having a balanced chemical composition so that the most tempered portion of the HAZ has a hardness equal to the core hardness of the drill rod. is suggesting.

国際公開第97/27022号パンフレットに記載される鋼は、特にコネクタと中央ロッドとの間の境界面の破損の観点から、ドリルロッドの使用寿命の改善をもたらした。しかし、ドリルロッドの全体的な使用寿命は、やはり十分ではない。   The steel described in WO 97/27022 has resulted in an improved service life of the drill rod, particularly in terms of interface failure between the connector and the central rod. However, the overall service life of the drill rod is still not sufficient.

現地観察によると、今日のドリルロッドの破損は、コネクタと中央ロッドとの間の境界面でほとんど発生しないことを示している。その代り、ドリルロッドの寿命の長さは、コネクタのねじ切りされた部分の中の破損に限定されるように思われる。   Field observations show that today's drill rod failure rarely occurs at the interface between the connector and the central rod. Instead, the longevity of the drill rod appears to be limited to breakage in the threaded portion of the connector.

国際公開第97/27022号パンフレットInternational Publication No. 97/27022 Pamphlet

したがって、本発明の目的は、上記の問題の少なくとも1つを解決することである。特に、本発明の目的は、長い使用寿命を含むドリルロッドの製造を可能にする改善された鋼組成を達成することである。本発明の追加の目的は、長い期間に亘って使用され得る費用効果の高いドリル構成要素を達成することである。本発明の追加の目的は、摩耗耐性のあるドリル構成要素を製造するための方法を達成することである。やはり本発明の追加の目的は、削岩構成要素の中の改善された鋼組成の使用に関連する。   The object of the present invention is therefore to solve at least one of the above-mentioned problems. In particular, it is an object of the present invention to achieve an improved steel composition that allows the production of drill rods with a long service life. An additional object of the present invention is to achieve a cost-effective drilling component that can be used over a long period of time. An additional object of the present invention is to achieve a method for manufacturing wear resistant drill components. Again, an additional object of the present invention relates to the use of an improved steel composition in rock drilling components.

本発明によって、これらの目的の少なくとも1つが、(質量%(wt%)で)、
C:0.16〜0.23、
Si:0.8〜1.0、
Mo:0.67〜0.9、
Cr:1.10〜1.30、
V:0.18〜0.4、
Ni:1.60〜2.0、
Mn:0.65〜0.9、
P:≦0.020、
S:≦0.02、
Cu:≦0.20、
N:0.005〜0.012質量%
を含有し、残部鉄および不可避的不純物を含むベイナイト鋼によって達成される。
According to the present invention, at least one of these purposes is (in mass% (wt%)):
C: 0.16-0.23,
Si: 0.8 to 1.0,
Mo: 0.67 to 0.9,
Cr: 1.10 to 1.30,
V: 0.18-0.4,
Ni: 1.60 to 2.0,
Mn: 0.65-0.9,
P: ≦ 0.020,
S: ≦ 0.02
Cu: ≦ 0.20,
N: 0.005 to 0.012% by mass
And is achieved by a bainite steel containing the balance iron and inevitable impurities.

新規な鋼は、主として、例えばドリルロッドの中の表面硬化され、ねじ切りされたコネクタなど、上昇した温度、すなわち300〜500℃で繰り返し摩耗を受ける表面硬化構成要素の製造を対象とする。これらの構成要素は、マルテンサイト表面区域およびベイナイトーマルテンサイト芯部を有する。   The new steel is primarily intended for the production of surface hardened components that undergo repeated wear at elevated temperatures, i.e., 300-500 ° C, such as surface hardened and threaded connectors in drill rods, for example. These components have a martensite surface area and a bainite-martensite core.

トップハンマ削岩中に実施される実地テストからの結果は、新規な鋼から製造された表面硬化ドリルロッドが、従来の鋼から製造されたドリルロッドよりも驚くほどより長持ちすることを示した。   Results from field tests conducted during top hammer drilling showed that surface hardened drill rods made from new steels surprisingly last longer than drill rods made from conventional steels.

トップハンマ削岩または地上で土壌掘削中に、ドリルロッドは、ドリル工具から強い震動を受ける。震動は衝撃波を引き起こし、衝撃波は相互接続されたドリルロッドを通って、穴の底部のドリルビットまで下方に進行する。衝撃波が相互接続されたロッドを通って進行するにつれて、そのエネルギーの約5%が熱の形態で失われ、その熱が、主に、相互接続されたドリルロッドの雄型コネクタおよび雌型コネクタのねじ山の中に放出する。その結果、トップハンマ掘削中に、コネクタ内の作業温度は、典型的には300℃までの高温であるが、しかし500℃に到達する可能性がある。地上でトップハンマ掘削中に、ドリルロッドを冷却し、更にドリル切削物を除去するために、典型的に空気が使用される。しかし、空気は、効果的な冷却流体ではなく、放出された熱によって、ドリルロッドのコネクタのねじ山の中のマルテンサイト表面がより軟質相であるセメンタイトおよびフェライトに変態することを回避するほど十分にロッドを冷却することはない。従来のドリルロッドでは、マルテンサイトの変態によって、ねじ山の表面が軟質になり、結局はコネクタが摩耗する原因になる可能性がある。粘着性なので、耐摩耗性は硬度に直接関係する。   During top hammer drilling or soil excavation on the ground, the drill rod receives strong vibrations from the drill tool. The vibration causes a shock wave that travels down through the interconnected drill rod to the drill bit at the bottom of the hole. As the shock wave travels through the interconnected rods, approximately 5% of its energy is lost in the form of heat, which is primarily due to the male and female connectors of the interconnected drill rods. Release into the thread. As a result, during top hammer drilling, the working temperature in the connector is typically as high as 300 ° C, but can reach 500 ° C. During top hammer drilling on the ground, air is typically used to cool the drill rod and remove drill cuts. However, the air is not an effective cooling fluid and is sufficient to prevent the released heat from transforming the martensite surface in the drill rod connector threads into the softer phases cementite and ferrite. Never cool the rod. In conventional drill rods, the martensitic transformation can soften the surface of the thread and eventually cause the connector to wear. Because it is tacky, wear resistance is directly related to hardness.

新規な鋼から製造されたドリルロッドの驚くほど長い使用寿命の理由は、完全には理解されていない。しかし、理論に制約されずに、鋼内の合金元素であるケイ素、モリブデン、クロムおよびバナジウムの均衡のとれた量によって、ドリルロッドコネクタのマルテンサイト表面は、トップハンマ掘削中に、高い作業温度で硬度が保たれる。   The reason for the surprisingly long service life of drill rods made from new steel is not fully understood. However, without being bound by theory, due to the balanced amount of alloying elements silicon, molybdenum, chromium and vanadium in the steel, the martensitic surface of the drill rod connector is at high working temperatures during top hammer drilling. Hardness is maintained.

ケイ素が、εカーバイドを安定化させ、したがって、約300℃の温度に至るまで、コネクタの硬いマルテンサイト表面区域がより軟質のセメンタイトおよびフェライトに変態することを遅らせる。しかし、掘削中にコネクタ内の温度が上昇するにつれて、表面硬化コネクタの表面内のマルテンサイト相が、結局はセメンタイトおよびフェライトに変態し始めるであろう。コネクタの表面区域内のマルテンサイトの量がそれによって低下し、結局、表面区域の硬度も低下する。マルテンサイトがセメンタイトおよびフェライトに変態する間、炭素が鋼の中に放出される。   Silicon stabilizes the ε-carbide and thus delays the transformation of the hard martensite surface area of the connector into softer cementite and ferrite until a temperature of about 300 ° C. is reached. However, as the temperature in the connector increases during drilling, the martensitic phase in the surface of the surface hardened connector will eventually begin to transform into cementite and ferrite. The amount of martensite in the surface area of the connector is thereby reduced, and eventually the hardness of the surface area is also reduced. Carbon is released into the steel while martensite is transformed into cementite and ferrite.

新規な鋼では、合金元素モリブデン、クロムおよびバナジウムが、変態したマルテンサイト相から発生する過度の炭素を含む硬く、安定したカーバイドを形成する。硬いカーバイドが、コネクタの残りのマルテンサイト相の中に析出し、それによってマルテンサイトがセメンタイトに変態することによって失われる硬度を補償する。   In the new steel, the alloying elements molybdenum, chromium and vanadium form hard and stable carbides containing excess carbon originating from the transformed martensite phase. Hard carbide precipitates in the remaining martensitic phase of the connector, thereby compensating for the hardness lost by the transformation of martensite to cementite.

コネクタの芯部は、マルテンサイトおよびベイナイトから成る。ベイナイトは、セメンタイト相およびフェライト相の微細混合物である。ベイナイトは、高温で安定しており、したがって高い加工温度で、コネクタの硬化された表面区域を支持するのに依然として十分強い状態である。   The core part of a connector consists of martensite and bainite. Bainite is a fine mixture of cementite and ferrite phases. Bainite is stable at high temperatures and is therefore still strong enough to support the hardened surface area of the connector at high processing temperatures.

代替形態によると、新規な鋼の中で、Siの含有量は0.85〜0.95質量%である。   According to an alternative form, in the new steel, the Si content is between 0.85 and 0.95% by weight.

代替形態によると、新規な鋼の中で、Moの含有量は0.70〜0.80質量%である。   According to an alternative form, in the new steel, the Mo content is 0.70 to 0.80 mass%.

代替形態によると、新規な鋼の中で、Crの含有量は1.20〜1.25質量%である。   According to an alternative form, in the new steel, the Cr content is 1.20 to 1.25% by mass.

代替形態によると、新規な鋼の中で、Vの含有量は、0.20〜0.30質量%であり、好適には0.2〜0.25質量%である。   According to an alternative form, in the new steel, the content of V is 0.20 to 0.30% by weight, preferably 0.2 to 0.25% by weight.

代替形態によると、新規な鋼の中で、Nの含有量は、0.005〜0.008質量%であり、より好適には0.008〜0.012質量%である。   According to an alternative form, in the new steel, the N content is 0.005 to 0.008% by mass, more preferably 0.008 to 0.012% by mass.

本発明は、更に、新規な鋼を含む削岩用構成要素に関する。   The invention further relates to a rock drilling component comprising a novel steel.

構成要素は、ドリルロッド用のねじ切りされた雄型コネクタまたはねじ切りされた雌型コネクタであることができる。   The component can be a threaded male connector for a drill rod or a threaded female connector.

例えば、構成要素は、ねじ切りされた雄型コネクタおよびねじ切りされた雌型コネクタを備えるドリルロッドである。   For example, the component is a drill rod comprising a threaded male connector and a threaded female connector.

本発明は、更に、削岩用構成要素を製造するための方法であって、
a.上記に説明するように新規な鋼から、削岩用構成要素を形成するステップと、
b.前記構成要素をオーステナイト化温度まで加熱するステップと、
c.前記構成要素を所定の時間、炭素含有雰囲気中にオーステナイト化温度で保つステップと、
d.前記構成要素を冷却するステップと
を含む方法に関する。
The present invention further provides a method for producing a rock drilling component comprising:
a. Forming a rock drilling component from a new steel as described above;
b. Heating the component to an austenitizing temperature;
c. Maintaining the component at an austenitizing temperature in a carbon-containing atmosphere for a predetermined time;
d. Cooling the component.

好適には、前記構成要素は、900〜1000℃の温度まで加熱される。   Preferably, the component is heated to a temperature of 900-1000 ° C.

好適には、前記構成要素は、COおよびHの雰囲気の中で加熱される。 Preferably, the component is heated in an atmosphere of CO and H 2.

好適には、前記構成要素は、3〜6時間加熱される。   Preferably, the component is heated for 3-6 hours.

好適には、前記構成要素は、空気中で冷却される。   Preferably, the component is cooled in air.

本発明は、更に、地上で空気冷却トップハンマ掘削中に、ドリルロッド用の表面硬化されたコネクタの中に、新規なベイナイト鋼を使用することに関する。
発明の詳細な説明
The invention further relates to the use of the new bainite steel in surface hardened connectors for drill rods during air cooled top hammer drilling on the ground.
Detailed Description of the Invention

新規な鋼は、質量%(wt%)で以下の要素を含む。   The new steel contains the following elements in mass% (wt%):

炭素(C)。炭素は、強度のために新規な鋼に含まれて、ベイナイト系であるべき最終的な鋼の構造を支配する。炭素は、更に、カーバイドの形成を保証するために新規な鋼に加えられる。カーバイドは、鋼のベイナイト構造に析出硬化効果を提供する。カーバイドは、更に、鋼の中の結晶粒が凝集によって成長することを防止し、それによって、鋼の中の微細結晶粒を保証し、その結果として高い強度を保証する。したがって炭素含有量は、鋼の中で少なくとも0.16質量%であるべきである。炭素含有量が多すぎると、鋼の衝撃強度を低下させる。したがって、炭素は0.23質量%に制限されるべきである。好適には、炭素は0.18〜0.20質量%である。   Carbon (C). Carbon is included in the new steel for strength and dominates the final steel structure that should be bainite-based. Carbon is also added to the new steel to ensure the formation of carbides. Carbide provides a precipitation hardening effect for the bainite structure of steel. Carbide further prevents the grains in the steel from growing due to agglomeration, thereby ensuring fine grains in the steel and consequently high strength. The carbon content should therefore be at least 0.16% by weight in the steel. When there is too much carbon content, the impact strength of steel will be reduced. Therefore, carbon should be limited to 0.23 wt%. Preferably, the carbon is 0.18-0.20% by weight.

ケイ素(Si)は、鋼の製造の中で脱酸素剤として使用され、したがって、いくらかの量のケイ素が鋼の中に常に存在する。ケイ素は、焼き入れ性、すなわち焼き入れ中にオーステナイト相がマルテンサイトに変態する割合を増加させるので、新規な鋼にプラスの効果を有する。新規な鋼では、ケイ素がマルテンサイトのセメンタイトおよびフェライトへの変態を遅らせるので、ケイ素は重要な合金元素である。   Silicon (Si) is used as an oxygen scavenger in the manufacture of steel, so some amount of silicon is always present in the steel. Silicon has a positive effect on the new steel because it increases the hardenability, ie the rate at which the austenite phase transforms into martensite during quenching. In new steels, silicon is an important alloying element because it delays the transformation of martensite to cementite and ferrite.

マルテンサイトは不安定な相であり、加熱される場合、様々なカーバイドを経てセメンタイトおよびフェライトに変態し、それが鋼の硬度を低下させる原因になる。マルテンサイトの変態中にセメンタイト相に進行する、カーバイドの1つであるεカーバイドをケイ素が安定させ、それによってマルテンサイトの変態を遅らせる。更に、マルテンサイト相の分解中に、炭素は、カーバイドが成長するために、鋼を通ってカーバイドまで拡散しなければならない。鋼の中のケイ素の存在によって、鋼内の炭素活動性が増加し、それによって既に形成されたカーバイドの成長、および新しいカーバイドの核形成をも遅らせる。更にこの機構は、マルテンサイトの形成を実質的に遅らせる。したがって、ケイ素は高温で新規な鋼の表面硬化された構成要素の表面区域の強度を保つ上でプラスの効果を有する。   Martensite is an unstable phase, and when heated, it transforms into cementite and ferrite via various carbides, which causes the steel to decrease in hardness. Silicon stabilizes ε-carbide, one of the carbides that progresses to the cementite phase during the transformation of martensite, thereby delaying the transformation of martensite. Furthermore, during the decomposition of the martensite phase, the carbon must diffuse through the steel to the carbide in order for the carbide to grow. The presence of silicon in the steel increases the carbon activity in the steel, thereby also delaying the growth of already formed carbides and the nucleation of new carbides. In addition, this mechanism substantially delays the formation of martensite. Thus, silicon has a positive effect in maintaining the strength of the surface area of the new steel surface-hardened component at high temperatures.

しかし、ケイ素はフェライトを安定させ、それによって多すぎる量のケイ素がA1温度の上昇につながるであろう。硬化中に鋼がより高温に加熱されなければならず、それによってオーステナイト相の中で結晶粒が成長し、したがって強度を低下させるので、このことはマイナス効果がある。結局は、ケイ素の量は、新規な鋼の中で0.80〜1.0質量%に制限される。好適には、ケイ素の量は0.85〜0.95質量%である。   However, silicon stabilizes the ferrite so that too much silicon will lead to an increase in A1 temperature. This has a negative effect because the steel must be heated to a higher temperature during hardening, thereby growing the grains in the austenite phase and thus reducing the strength. Eventually, the amount of silicon is limited to 0.80-1.0% by weight in the new steel. Preferably, the amount of silicon is 0.85 to 0.95% by weight.

モリブデン、クロムおよびバナジウムは、マルテンサイト相がセメンタイトおよびフェライトに変態する場合、硬度の低下を補償する硬質カーバイドを形成するので、新規な鋼の中で重要な元素である。異なるカーバイド形成物であるモリブデン、クロムおよびバナジウムは、様々な温度で安定したカーバイドを形成する。それ故に、低温で、したがってマルテンサイトの穏やかな変態で、主にモリブデン含有量の多いカーバイドが析出する。温度が上昇すると、マルテンサイトの変態が増加する。しかしより高温では、クロム含有量の多いカーバイドが最初に析出し、その後、更に高い温度で、バナジウム含有量の多いカーバイドが析出する。このことによって、コネクタの表面でマルテンサイトの硬度は、幅広い加工温度に亘って実質的に一定に保たれるという効果を提供する。   Molybdenum, chromium and vanadium are important elements in the new steel because they form hard carbide that compensates for the decrease in hardness when the martensite phase transforms to cementite and ferrite. Different carbide formers, molybdenum, chromium and vanadium, form stable carbides at various temperatures. Therefore, mainly carbides with a high molybdenum content are deposited at low temperatures and therefore in the mild transformation of martensite. As the temperature increases, the martensitic transformation increases. However, at higher temperatures, carbides with a high chromium content will precipitate first, and then at higher temperatures, carbides with a high vanadium content will precipitate. This provides the effect that the martensite hardness at the surface of the connector remains substantially constant over a wide range of processing temperatures.

モリブデン(Mo)は、300℃から約500℃までの温度で、モリブデン含有量の多い安定したカーバイドを生成し、マルテンサイト相がセメンタイトおよびフェライトに変態する場合、硬度の低下を補償する。十分な量のカーバイドが析出することを保証するために、モリブデンの量は少なくとも0.67質量%であるはずである。しかし、モリブデンはオーステナイトを安定させ、したがって焼き入れ性に非常に強い影響を及ぼす。したがって、モリブデン含有量が多すぎると、コネクタの芯部内にマルテンサイトの形成につながり、それによってコネクタを砕けやすくする。モリブデン含有量が多いと、更に二次的最大硬度を形成する原因になる可能性がある。したがって、新規な鋼の中でモリブデン用上限値は、0.9質量%である。好適には、鋼の中でモリブデンは0.67〜0.83質量%である。   Molybdenum (Mo) produces stable carbides with a high molybdenum content at temperatures from 300 ° C. to about 500 ° C., and compensates for a decrease in hardness when the martensite phase is transformed into cementite and ferrite. In order to ensure that a sufficient amount of carbide is precipitated, the amount of molybdenum should be at least 0.67% by weight. However, molybdenum stabilizes austenite and thus has a very strong effect on hardenability. Therefore, too much molybdenum content leads to the formation of martensite in the core of the connector, thereby making it easier to break the connector. High molybdenum content can cause further secondary maximum hardness. Therefore, the upper limit for molybdenum in the new steel is 0.9 mass%. Preferably, molybdenum is 0.67 to 0.83 mass% in the steel.

クロム(Cr)は、炭素と共に、安定したクロム含有量の多いカーバイドを形成する。いくつかのクロム含有量の多いカーバイドは、低温、すなわち300℃でさえも析出する。しかし、クロム含有量の多いカーバイドの大半は、400〜500℃の間の温度で析出する。クロム含有量の十分多いカーバイドが形成されることを保証するために、新規な鋼は少なくとも1.10質量%のクロムを含むべきである。非常に多いクロム含有量が、典型的には600℃を超える高温で、鋼の中にいわゆる二次的最大硬度を形成することにつながる可能性がある。この現象は、クロム含有量、更にバナジウム含有量およびモリブデン含有量の多いカーバイドの形成によって一般的に発生する。しかし、鋼の温度が更に上昇する場合、析出したカーバイドの成長に起因して、硬度が急速に低下し、それが鋼の中の他の析出物から炭素鋼をもたらす。したがって、クロムは1.30質量%に制限されるべきである。好適には、十分な量のカーバイドが形成され、二次的最大硬度の形成が回避されることを保証するために、新規な鋼の中でクロム含有量は1.20〜1.25である。   Chromium (Cr) forms a stable chromium-rich carbide with carbon. Some high-carbide carbides precipitate even at low temperatures, ie even 300 ° C. However, most of the carbides with high chromium content are deposited at temperatures between 400-500 ° C. The new steel should contain at least 1.10% by weight chromium in order to ensure that a sufficiently high chromium content of carbide is formed. A very high chromium content can lead to the formation of a so-called secondary maximum hardness in the steel at high temperatures, typically above 600 ° C. This phenomenon is generally caused by the formation of carbides with a high chromium content, vanadium content and molybdenum content. However, as the temperature of the steel increases further, the hardness rapidly decreases due to the growth of precipitated carbide, which results in carbon steel from other precipitates in the steel. Therefore, chromium should be limited to 1.30% by weight. Preferably, the chromium content is 1.20 to 1.25 in the new steel to ensure that a sufficient amount of carbide is formed and the formation of secondary maximum hardness is avoided. .

バナジウム(V)は、550〜600℃の温度でバナジウム含有量の多い非常に細かいカーバイドを生成し、したがって、マルテンサイト相が高温でセメンタイトおよびフェライトに変態する場合、硬度の低下を補償する。新規な鋼は、十分な量のバナジウムカーバイドが、高い加工温度で鋼の中に析出することを保証するために、少なくとも0.18質量%のバナジウムを含有すべきである。   Vanadium (V) produces very fine carbides with a high vanadium content at temperatures of 550-600 ° C., and therefore compensates for the decrease in hardness when the martensite phase transforms to cementite and ferrite at high temperatures. The new steel should contain at least 0.18 wt% vanadium to ensure that a sufficient amount of vanadium carbide precipitates in the steel at high processing temperatures.

バナジウムは、高温、すなわち900℃以上でもやはり、炭窒化バナジウムを形成する。炭窒化バナジウムは、鋼の浸炭中にオーステナイト相の結晶粒成長を防止するので重要である。炭窒化物が非常に安定的になるので、熱間加工に先立つ焼きなましステップの中で分解しないので、多すぎるバナジウム含有量によって、鋼の熱間加工中に問題が発生する可能性がある。したがって、バナジウムは、新規な鋼の中で0.40質量%に制限されなければならない。好適には、バナジウムは、0.18〜0.30質量%であり、より好適には、0.20〜0.30質量%であり、更により好適には0.20〜0.25質量%である。   Vanadium also forms vanadium carbonitride at high temperatures, ie, 900 ° C. or higher. Vanadium carbonitride is important because it prevents austenite grain growth during carburizing of the steel. Since the carbonitrides are very stable and do not decompose in the annealing step prior to hot working, too much vanadium content can cause problems during hot working of steel. Therefore, vanadium must be limited to 0.40 mass% in the new steel. Preferably, the vanadium is 0.18 to 0.30 wt%, more preferably 0.20 to 0.30 wt%, and even more preferably 0.20 to 0.25 wt%. It is.

マンガン(Mn)は、硫黄と共にMnSを形成するために新規な鋼の中に含まれ、それは鋼の中で不純物として存在することができる。マンガンは、Ms温度、すなわちオーステナイト化後にマルテンサイトが形成し始める温度を下げるので、鋼の焼き入れ性にプラスの効果を有する。低いMs温度はまた、新規な鋼から製造されるコネクタの芯部の中の微細ベイナイト構造をもたらす。コネクタの芯部内の高強度を保証するために、このことはプラスである。マンガンは、MnSタイプの硫化物を保証するために、少なくとも0.65質量%の量が含まれるべきである。マンガンがMs温度を低下させるので、マンガンの高い含有量は、鋼の中に残留オーステナイトの形成につながる可能性がある。したがって、マンガンは0.85質量%に制限されるべきである。マンガンのこの含有量もやはり、新規な鋼の中で微細ベイナイト構造を保証するので、好適には、マンガンの含有量は鋼の中で0.70〜0.80質量%である。   Manganese (Mn) is included in the new steel to form MnS with sulfur, which can be present as an impurity in the steel. Manganese lowers the Ms temperature, that is, the temperature at which martensite begins to form after austenitization, and thus has a positive effect on the hardenability of the steel. The low Ms temperature also results in a fine bainite structure in the core of the connector made from the new steel. This is a plus to ensure high strength in the connector core. Manganese should be included in an amount of at least 0.65% by weight to ensure a MnS type sulfide. Since manganese lowers the Ms temperature, a high content of manganese can lead to the formation of retained austenite in the steel. Therefore, manganese should be limited to 0.85% by weight. This content of manganese again guarantees a fine bainite structure in the new steel, so the manganese content is preferably 0.70 to 0.80% by weight in the steel.

リン(P)は、新規な鋼用の原材料の中で不純物として存在する。リンは、鋼の凝固中に液相に分離し、凝固した鋼の中でリンの含有量が多いストリークをもたらす。したがって、高いリン含有量は、鋼の延性および衝撃靭性に悪影響を与える。したがって、リンは、新規な鋼の中で最大0.020質量%、すなわち0〜0.020質量%に制限されるべきである。   Phosphorus (P) is present as an impurity in the new raw materials for steel. Phosphorus separates into a liquid phase during solidification of the steel, resulting in a streak with a high phosphorus content in the solidified steel. Thus, a high phosphorus content adversely affects the ductility and impact toughness of the steel. Therefore, phosphorus should be limited to a maximum of 0.020 wt%, i.e. 0-0.020 wt% in the new steel.

硫黄(S)もまた、新規な鋼用の原材料の中で不純物として存在する。硫黄は、鋼の延性および衝撃靭性に悪影響を与える、鋼の中の硫化含有物を形成する。したがって、硫黄は、新規な鋼の中で0.02質量%、すなわち0〜0.020質量%、より好適には、最大0.015質量%に制限されるべきである。   Sulfur (S) is also present as an impurity in the new steel raw materials. Sulfur forms sulfide inclusions in the steel that adversely affect the ductility and impact toughness of the steel. Therefore, sulfur should be limited to 0.02 wt%, i.e. 0 to 0.020 wt%, more preferably up to 0.015 wt% in the new steel.

ニッケル(Ni)は、鋼の衝撃強度を高め、したがってドリルロッドを対象とする新規な鋼の中で重要な元素である。ニッケルは更に、鋼のMs温度を低下させ、それによって焼き入れ性を高める。鋼の中に十分な衝撃強度を保証するために、ニッケル含有量は少なくとも1.60質量%であるべきである。ニッケル含有量が多すぎると、Ms温度が低下しすぎて、鋼の中に残留オーステナイトの形成につながる可能性がある。残留オーステナイトは、マルテンサイト相の中で引張応力の原因になり、それによって鋼の強度が低下する可能性がある。したがって、ニッケル含有量は、新規な鋼の中で2.0質量%に制限されるべきである。更に、ニッケルは高価な合金元素であり、その理由から、できるだけ少ない含有量で存在するべきである。好適には、ニッケル含有量は、新規な鋼の中で1.70〜1.90質量%であり、ニッケルのこの量は、十分な衝撃強度を含む費用効果の高い鋼をもたらすからである。   Nickel (Ni) is an important element in the new steel that increases the impact strength of the steel and thus targets drill rods. Nickel further reduces the Ms temperature of the steel, thereby increasing hardenability. In order to ensure sufficient impact strength in the steel, the nickel content should be at least 1.60% by weight. If the nickel content is too high, the Ms temperature will be too low, which can lead to the formation of retained austenite in the steel. Residual austenite can cause tensile stress in the martensite phase, which can reduce the strength of the steel. Therefore, the nickel content should be limited to 2.0% by weight in the new steel. Furthermore, nickel is an expensive alloying element and for that reason it should be present in as little content as possible. Preferably, the nickel content is between 1.70 and 1.90% by weight in the new steel, since this amount of nickel results in a cost effective steel with sufficient impact strength.

銅(Cu)は、典型的には原材料として使用される金属屑の中に含まれる。銅は、0.20質量%まで、すなわち0〜0.20質量%の含有量で許容され得る。   Copper (Cu) is typically included in metal scrap used as a raw material. Copper can be tolerated with a content of up to 0.20% by weight, ie 0-0.20% by weight.

窒素(N)。浸炭中に安定したバナジウム炭窒化物が形成されることを保証するために、好適には新規な鋼は窒素を含む。好適には、窒素の含有量は0.005質量%であり、より好適には、0.008質量%である。鋼が、多すぎる窒素を含む場合、バナジウム炭窒化物が安定的になりすぎて、鋼の熱間加工温度まで加熱中に分解することができない。したがって、窒素の最大含有量は、0.012質量%である。   Nitrogen (N). In order to ensure that a stable vanadium carbonitride is formed during carburization, preferably the new steel contains nitrogen. Preferably, the nitrogen content is 0.005% by mass, and more preferably 0.008% by mass. If the steel contains too much nitrogen, the vanadium carbonitride becomes too stable to decompose during heating to the hot working temperature of the steel. Therefore, the maximum nitrogen content is 0.012% by mass.

熱間圧延状態では、新規な鋼は、その間ずっとベイナイト構造、すなわちセメンタイト(FeC)およびフェライト(αー鉄)の構造を有する。「熱間圧延」とは、新規な鋼が、鋳造によって生成され、その後約1200℃の温度に加熱され、熱間圧延を受け、それに続いて空気中で冷却されることを意味する。 In the hot-rolled state, the new steel has a bainite structure throughout, ie cementite (Fe 3 C) and ferrite (α-iron). “Hot rolling” means that a new steel is produced by casting and then heated to a temperature of about 1200 ° C., subjected to hot rolling and subsequently cooled in air.

硬化された状態では、新規な鋼は、マルテンサイト表面区域およびベイナイト/マルテンサイト芯部を有する。   In the hardened state, the new steel has a martensite surface area and a bainite / martensite core.

新規な鋼を含む、製造された削岩構成要素の概略図である。1 is a schematic view of a manufactured rock drilling component including new steel. FIG. 新規な鋼で実施された実験からの結果を示すグラフである。2 is a graph showing the results from an experiment conducted on new steel. 新規な鋼で実施された実験からの結果を示す表である。2 is a table showing results from experiments conducted on new steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたテストの試料の表面硬度を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the surface hardness of samples of tests performed on new steel and comparative steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたテストの試料の芯部硬度を示すグラフである。It is a graph which shows the core part hardness of the sample of the test implemented with the novel steel and the comparison steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたThermoCalc(商標)模擬実験で作製された図である。FIG. 6 is a diagram produced in a ThermoCalc ™ simulation experiment conducted on a new steel and a comparative steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたThermoCalc(商標)模擬実験で作製された図である。FIG. 6 is a diagram produced in a ThermoCalc ™ simulation experiment conducted on a new steel and a comparative steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたThermoCalc(商標)模擬実験で作製された図である。FIG. 6 is a diagram produced in a ThermoCalc ™ simulation experiment conducted on a new steel and a comparative steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたThermoCalc(商標)模擬実験で作製された図である。FIG. 6 is a diagram produced in a ThermoCalc ™ simulation experiment conducted on a new steel and a comparative steel. 新規な鋼および比較の鋼で実施されたThermoCalc(商標)模擬実験で作製された図である。FIG. 6 is a diagram produced in a ThermoCalc ™ simulation experiment conducted on a new steel and a comparative steel.

図1は、本発明の第1の実施形態によるドリル構成要素の長手方向横断面を概略的に示す。図1に示すドリル構成要素は、中央ロッド部分10を備えるMFドリルロッド1である。中央ロッド10の第1の端部は雄型コネクタ20を備え、中央ロッドの第2の端部は雌型コネクタ30を備える。雄型コネクタ20は外側ねじ山21を備え、雌型コネクタは内側ねじ山31を備える。第1のMFロッドの雄型コネクタ20が第2のMFロッドの雌型コネクタ30の中に受けられることができるように、雄型コネクタおよび雌型コネクタ、ならびにねじ山21、31が、寸法成形される。MFロッドは、更に、中央チャンネル60、すなわちMFロッド全体を通って延在する孔を備える。チャンネルは、雄型コネクタの中央に1つの開口部61、および雌型コネクタの中央に1つの開口部61を含む。作動中、空気などの冷却流体がチャンネル60を通って導かれる。   FIG. 1 schematically shows a longitudinal cross section of a drill component according to a first embodiment of the invention. The drill component shown in FIG. 1 is an MF drill rod 1 with a central rod portion 10. The first end of the central rod 10 is provided with a male connector 20 and the second end of the central rod is provided with a female connector 30. The male connector 20 includes an outer thread 21 and the female connector includes an inner thread 31. The male and female connectors and the threads 21 and 31 are dimensioned so that the male connector 20 of the first MF rod can be received in the female connector 30 of the second MF rod. Is done. The MF rod further comprises a hole extending through the central channel 60, i.e. the entire MF rod. The channel includes one opening 61 in the center of the male connector and one opening 61 in the center of the female connector. In operation, a cooling fluid such as air is directed through channel 60.

図1では、雄型コネクタ20および雌型コネクタ30が、破線11で示される摩擦圧接によって中央ロッド部分10に取り付けられている。しかし、図1のMFロッドは、一体に製造されることも可能であり、すなわち雄型コネクタ20および雌型コネクタ30は、鍛造およびロッド端部をねじ切りすることによって形成され得る。   In FIG. 1, a male connector 20 and a female connector 30 are attached to the central rod portion 10 by friction welding indicated by a broken line 11. However, the MF rod of FIG. 1 can also be manufactured in one piece, ie the male connector 20 and female connector 30 can be formed by forging and threading the rod end.

コネクタ20およびコネクタ30は、本発明によるベイナイト鋼から製造される。中央ロッド10は、別のタイプの鋼、例えば従来の低合金炭素鋼から製造され得る。しかし、中央ロッドは、本発明によるベイナイト鋼から製造されることも可能である。   Connector 20 and connector 30 are manufactured from bainite steel according to the present invention. The central rod 10 can be made from another type of steel, such as conventional low alloy carbon steel. However, the central rod can also be manufactured from bainite steel according to the invention.

コネクタ20およびコネクタ30は、表面硬化され、ベイナイト芯部40およびマルテンサイト表面区域50を有する。マルテンサイト表面区域は、厚さ1〜3mmであり、コネクタの表面からその芯部に向かって延在する。   Connector 20 and connector 30 are surface hardened and have a bainite core 40 and a martensite surface area 50. The martensite surface area is 1 to 3 mm thick and extends from the surface of the connector toward its core.

新規なドリル構成要素をMFロッドに関して説明したが、ドリル構成要素は、高い加工温度下で繰り返される摩耗を受ける任意の他のタイプの構成要素、例えばドリフタロッドなどであってもよいことは明らかである。   Although the novel drill component has been described with respect to an MF rod, it is clear that the drill component may be any other type of component that is subject to repeated wear under high processing temperatures, such as a drifter rod. is there.

好適には、新規なドリル構成要素は、以下のステップを含む方法によって製造される。   Preferably, the novel drill component is manufactured by a method comprising the following steps.

第1のステップでは、ドリル構成要素が本発明によるベイナイト鋼で形成される。このことは、典型的には新規な鋼の先駆物質を雄型コネクタ20および雌型コネクタ30に鍛造し、ねじ切りすることによって達成される。先駆物質は、典型的には新規な鋼から製造された中実ロッドの部分である。   In the first step, the drill component is formed of bainite steel according to the present invention. This is typically accomplished by forging a new steel precursor into the male connector 20 and female connector 30 and threading. The precursor is typically part of a solid rod made from new steel.

第2のステップでは、コネクタが表面硬化を受ける。このことは、コネクタがオーステナイト化温度、新規な鋼のためには900℃を超える温度に炉の中で加熱される。炉は、任意のタイプ、例えばピット炉であることができる。コネクタの完全なオーステナイト化を保証し、結晶粒拡大などの悪影響を回避するために、コネクタは900℃から950℃の間の温度、好適には925℃に加熱されるべきである。   In the second step, the connector undergoes surface hardening. This means that the connector is heated in the furnace to an austenitizing temperature, above 900 ° C. for new steels. The furnace can be of any type, for example a pit furnace. To ensure complete austenitization of the connector and avoid adverse effects such as grain expansion, the connector should be heated to a temperature between 900 ° C. and 950 ° C., preferably 925 ° C.

コネクタをオーステナイト化するステップは、炭素含有量の多い雰囲気の中で実施されて、炭素の含有量がコネクタの表面区域で増加する、いわゆる浸炭を保証する。典型的には炉内の雰囲気は、HガスおよびCOガスの混合、例えば分解したメタンである。 The step of austenizing the connector is carried out in an atmosphere rich in carbon to ensure so-called carburization, where the carbon content increases in the surface area of the connector. Typically, the furnace atmosphere is a mixture of H 2 gas and CO gas, such as cracked methane.

コネクタは、炉の中に3〜6時間保たれる。時間は、表面の深さ、すなわちマルテンサイト表面区域の厚さを支配する。十分な表面深さを保証するために、時間は5時間が好適である。   The connector is kept in the furnace for 3-6 hours. Time governs the depth of the surface, ie the thickness of the martensite surface area. In order to ensure a sufficient surface depth, a time of 5 hours is preferred.

加熱温度が満了するとき、現在オーステナイト化されているコネクタが炉から取り出され、周囲空気で冷却される。強制的空気冷却は、コネクタに空気を吹き付けることによって採用される。   When the heating temperature expires, the currently austenized connector is removed from the furnace and cooled with ambient air. Forced air cooling is employed by blowing air over the connector.

冷却中に、オーステナイト化されたコネクタの浸炭された表面はマルテンサイトに変態し、コネクタの芯部はベイナイトおよびマルテンサイトの混合物に変態する。   During cooling, the carburized surface of the austenitized connector transforms into martensite and the connector core transforms into a mixture of bainite and martensite.

その後コネクタは、マルテンサイト表面の硬度を最適化するために、焼き戻しステップを受けることができる。したがって、焼き戻しは、1時間の間、200〜300℃で実施される。   The connector can then undergo a tempering step to optimize the hardness of the martensite surface. Therefore, tempering is performed at 200-300 ° C. for 1 hour.

最終的に、コネクタは摩擦圧接によって中央ロッド部分に取り付けられる。   Finally, the connector is attached to the central rod portion by friction welding.

新規な鋼材を限定しない4つの実施例によって以下に説明する。
実施例1
Four examples that do not limit the new steel will be described below.
Example 1

実施例1は、新規なベイナイト鋼から製造される表面硬化されたドリルロッドを用いて実施された実地試験の結果を説明する。 Example 1 illustrates the results of a field test conducted using a surface hardened drill rod made from a new bainitic steel.

第1のステップで、新規な鋼の溶解が生成された。金属屑を電気アーク炉内で溶融し、CLUコンバータの中で溶鋼を精錬し、次いで金型24”の中で鋳造して鋳塊にすることによって溶解が生成された。   In the first step, a new steel melt was generated. Melting was generated by melting the metal scrap in an electric arc furnace, refining the molten steel in a CLU converter, and then casting into an ingot in a mold 24 ".

得られた新規な鋼は、以下の組成を有した。

Figure 2016506451
The resulting new steel had the following composition:
Figure 2016506451

新規な鋼から、ロッドが製作された。いくつかのロッドはねじ切りされた雌型コネクタに鍛造され、いくつかのロッドはねじ切りされた雄型コネクタに鍛造された。   Rods were made from new steel. Some rods were forged into threaded female connectors and some rods were forged into threaded male connectors.

雄型コネクタおよび雌型コネクタは、表面硬化を受けた。第1のステップでは、コネクタが、925℃の温度で5時間、COおよびHの雰囲気が含まれるピット炉の中で浸炭された。 The male connector and the female connector received surface hardening. In the first step, the connector was carburized in a pit furnace containing an atmosphere of CO and H 2 at a temperature of 925 ° C. for 5 hours.

5時間後、コネクタは炉から取り除かれ、空気中で冷却を許された。表面硬化が、コネクタの表面から、ベイナイト/マルテンサイト構造を有する芯部に向かって延在したマルテンサイト層をもたらした。   After 5 hours, the connector was removed from the furnace and allowed to cool in air. Surface hardening resulted in a martensite layer extending from the surface of the connector toward the core having a bainite / martensite structure.

その後、コネクタは、やはり新規な鋼材から製造された鋼製ロッドの端部に取り付けられた。雄型コネクタがロッドの一方の端部に取り付けられ、雌型コネクタが他方の端部に取り付けられた。コネクタは、摩擦圧接によって取り付けられた。   The connector was then attached to the end of a steel rod, also made from a new steel material. A male connector was attached to one end of the rod and a female connector was attached to the other end. The connector was attached by friction welding.

その後実地試験が、場所Aおよび場所Bという2つの異なる位置で、新規な鋼からのドリルロッドを用いて実施された。掘削が、直径115mmを有するドリルビットおよびSandvik DP1500型のドリル工具を用いて実施された。掘削速度は、約1メートル/分であった。   A field test was then carried out with drill rods from the new steel at two different locations, location A and location B. Drilling was carried out with a drill bit having a diameter of 115 mm and a Sandvik DP1500 type drill tool. The excavation speed was about 1 meter / min.

比較として、従来のドリルロッドもやはり使用された。これらのロッドは、鋼種Sanbar 64から作製された。   For comparison, a conventional drill rod was also used. These rods were made from steel grade Sanbar 64.

各タイプ(新規および従来)の9本のロッドが場所Aで使用され、各タイプの4本のロッドが場所Bで使用された。ドリルロッドは損傷するまで使用され、各ロッドを用いて掘削された全メートル数は「掘削メートル(dm:drilling meter)」として記録された。表2は、場所Aおよび場所Bで1本のロッドにつき掘削された掘削メートルの平均数として、テスト結果を示す。

Figure 2016506451
Nine rods of each type (new and conventional) were used at location A and 4 rods of each type were used at location B. The drill rods were used until they were damaged, and the total number of meters drilled with each rod was recorded as the “drilling meter” (dm). Table 2 shows the test results as the average number of drilling meters drilled per rod at location A and location B.
Figure 2016506451

表1で分かるように、新規な鋼のドリルロッドは、従来の材料のロッドよりも相当により長い作動寿命を有した。
実施例2
As can be seen in Table 1, the new steel drill rod had a much longer working life than the rod of conventional material.
Example 2

第2の実施例では、新規な鋼からのテスト試料の硬度低下は、様々な再加熱温度で実験室条件下で決定された。   In the second example, the hardness reduction of the test specimens from the new steel was determined under laboratory conditions at various reheat temperatures.

第1のステップでは、新規な鋼の溶解が生成された。金属屑を電気アーク炉内で溶融し、CLUコンバータの中で溶鋼を精錬し、次いで金型24”の中で鋳造して鋳塊にすることによって溶解が生成された。   In the first step, a new steel melt was generated. Melting was generated by melting the metal scrap in an electric arc furnace, refining the molten steel in a CLU converter, and then casting into an ingot in a mold 24 ".

得られた新規な鋼は、以下の組成を有した。

Figure 2016506451
The resulting new steel had the following composition:
Figure 2016506451

鋳塊は棒に圧延され、その棒は長さ5cmの円柱に切断され、試料として使用された。   The ingot was rolled into a bar, and the bar was cut into a 5 cm long cylinder and used as a sample.

その後試料は、模擬実験の硬化処理を受けた。この処理は、オーステナイト化温度まで加熱すること、所定の温度のためにオーステナイト化温度に保つこと、次いで室温に加熱されたオイルの中で冷却することを含む。その後硬化された試料は、掘削作業中の温度を模擬実験するために、再加熱を受けた。再加熱後、試料は空気中で冷却された。再加熱された試料の冷却後、各試料の表面、半径の中間、および中央で測定された。硬度は、ビッカース(HV1)で測定された。   The sample was then subjected to a simulated curing process. This treatment includes heating to the austenitizing temperature, maintaining the austenitizing temperature for a given temperature, and then cooling in oil heated to room temperature. The cured sample was then reheated to simulate the temperature during the excavation operation. After reheating, the sample was cooled in air. After cooling of the reheated samples, measurements were taken at the surface, mid-radius, and center of each sample. Hardness was measured with Vickers (HV1).

参照として、各組の1つの試料が、硬化されているが、再加熱されない状態で残された。   As a reference, one sample of each set was left cured but not reheated.

各オーステナイト化温度に対して、12の試料が使用された。オーステナイト化温度は、1時間の保持時間で860℃、1時間の保持時間で880℃、20分間の保持時間で925℃であった。オイルの中で焼き入れ後、試料は以下の温度で再加熱された。再加熱なし、200℃、300℃、400℃、500℃、550℃、580℃、600℃、650℃、675℃、および700℃。   Twelve samples were used for each austenitizing temperature. The austenitizing temperature was 860 ° C. with a holding time of 1 hour, 880 ° C. with a holding time of 1 hour, and 925 ° C. with a holding time of 20 minutes. After quenching in oil, the sample was reheated at the following temperature. No reheating, 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 550 ° C, 580 ° C, 600 ° C, 650 ° C, 675 ° C, and 700 ° C.

測定の結果が、図2にグラフで示された。図2は、各オーステナイト化温度についての結果が、各再加熱温度で測定された硬度について平均値として図示されている。特定の測定値が、表4に示されており、図3を参照されたい。   The measurement results are shown graphically in FIG. FIG. 2 shows the results for each austenitizing temperature as an average value for the hardness measured at each reheating temperature. Specific measurements are shown in Table 4, see FIG.

実験は、非浸炭試料で実施されることに留意すべきである。しかし、図2のグラフから、3つの異なる試料の組の硬度が、再加熱されない試料から650℃まで一定であることが明らかである。一定の硬度は、低温でのマルテンサイト相上のケイ素の安定効果に起因しており、より高い温度でのクロム、モリブデンおよびバナジウムの硬く、安定したカーバイドの析出によるものであり、それによってマルテンサイトがセメンタイトおよびフェライトに変態することを補償すると思われる。700℃で、二次硬度最大値が形成され、その後、Crカーバイド、Moカーバイド、およびVカーバイドがより少なく、粗い沈殿物に凝集することによって、硬度が急速に低下する。Crカーバイド、Moカーバイド、およびVカーバイドの成長によって、更に、残りのマルテンサイトがセメンタイトおよびフェライトに分解し、それによって硬度が更に一層低下する原因になる。   It should be noted that the experiment is performed on non-carburized samples. However, it is clear from the graph of FIG. 2 that the hardness of the three different sample sets is constant from 650 ° C. to the non-reheated sample. The constant hardness is attributed to the stabilizing effect of silicon on the martensite phase at low temperatures and is due to the hard and stable precipitation of chromium, molybdenum and vanadium at higher temperatures, thereby martensite Appears to compensate for transformation to cementite and ferrite. At 700 ° C., a secondary hardness maximum is formed, after which the hardness is rapidly reduced by agglomerating into a coarse precipitate with less Cr carbide, Mo carbide, and V carbide. The growth of Cr carbide, Mo carbide, and V carbide further causes the remaining martensite to decompose into cementite and ferrite, thereby further reducing the hardness.

新規な鋼材の浸炭された試料は、すべての再加熱温度で、浸炭されない試料よりもより硬くなることは明らかである。しかし、浸炭された試料の硬度は、約650℃まで本質的にやはり一定の硬度を示すと思われる。
実施例3
It is clear that the carburized sample of the new steel material is harder than the non-carburized sample at all reheat temperatures. However, the hardness of the carburized sample appears to exhibit an essentially constant hardness up to about 650 ° C.
Example 3

第3の実施例では、本発明による合金および比較合金の硬化され、焼き戻された試料の表面硬度および芯部硬度について比較が成された。テストは、掘削中に結合部の中で放出する熱に起因する、表面硬化されたドリルロッドの中で発生する焼き戻し効果の模擬実験を行う。比較として、国際公開第97/27022号パンフレットの文献で開示される合金に類似する合金が選択された。国際公開第97/27022号パンフレットは、摩擦圧接に最適化されており、発明の用途である「本発明の背景」の区分下で簡潔に考察される合金を開示する。   In the third example, a comparison was made of the surface hardness and core hardness of the hardened and tempered samples of the alloys according to the invention and the comparative alloys. The test simulates the tempering effect that occurs in a surface-hardened drill rod due to the heat released in the joint during drilling. For comparison, an alloy similar to the alloy disclosed in the literature of WO 97/27022 was selected. WO 97/27022 discloses an alloy that is optimized for friction welding and briefly discussed under the section “Background of the invention”, which is an application of the invention.

新規な合金および比較合金の化学組成が、以下の表5の中に示されている。Comp 0.09は比較合金を表示し、Inv 0.22は新規な合金を表示する。

Figure 2016506451
The chemical compositions of the new and comparative alloys are shown in Table 5 below. Comp 0.09 displays the comparative alloy and Inv 0.22 displays the new alloy.
Figure 2016506451

1kgの溶解比較合金が、誘導炉の中の金属屑の溶融、精錬、および鋳造を含む従来の方法によって生成された。鋳物は700℃で約30分間炉の中で予熱され、次いで13mmの寸法を有する四角い棒に1200℃で熱間圧延された。次いで、棒は空気中でゆっくりと冷却され、13×13mmの試料に切断された。   A 1 kg melt comparative alloy was produced by conventional methods including melting, refining, and casting of metal scrap in an induction furnace. The casting was preheated in a furnace at 700 ° C. for about 30 minutes and then hot rolled at 1200 ° C. into a square bar with dimensions of 13 mm. The rod was then slowly cooled in air and cut into 13 × 13 mm samples.

75トンの新規な合金が、EA炉内で溶融、AoD処理、炉外精錬、連続鋳造および熱間圧延を含む、製造に使用される従来の方法によって生成された。新規な材料の得られた鋳物は、熱間圧延されて、直径40mmを含む棒になった。   75 tons of new alloys were produced by conventional methods used in manufacturing, including melting in an EA furnace, AoD processing, out-of-furnace refining, continuous casting and hot rolling. The resulting casting of the new material was hot rolled into a bar with a diameter of 40 mm.

新規な材料の棒は、40×130mmの寸法の試料に切断された。   The new material bar was cut into samples measuring 40 × 130 mm.

次いで、試料は強制空冷によって浸炭され、硬化された。試料の浸炭は、プロパン/窒素/メタノールの雰囲気の中で以下のプログラムに従って実施された。ステップ1で、試料は最初に150分間、処理温度925℃まで加熱され、次いでその温度に435分間保たれた。

Figure 2016506451
The sample was then carburized and hardened by forced air cooling. The sample carburization was carried out in a propane / nitrogen / methanol atmosphere according to the following program. In step 1, the sample was first heated to a processing temperature of 925 ° C. for 150 minutes and then held at that temperature for 435 minutes.
Figure 2016506451

その後、硬化された試料は、異なる温度で焼き戻しを受けた。焼き戻しの前に、脱炭を防止するために、No−Carb(商標)を用いて塗装された。以下の表7は、各試料について焼き戻し温度を示す。1つの試料の各合金は焼き戻しされない状態に保たれた。残りの各試料は、30分間焼き戻された。

Figure 2016506451
The cured samples were then tempered at different temperatures. Prior to tempering, it was painted with No-Carb ™ to prevent decarburization. Table 7 below shows the tempering temperature for each sample. Each alloy of one sample was kept untempered. Each remaining sample was tempered for 30 minutes.
Figure 2016506451

焼き戻しの後、各試料の芯部および表面の硬度が測定された。表面硬度はロックウェル硬度(HRC)で測定され、芯部硬度はビッカース硬度(HV30)によって測定された。様々な試料の表面硬度が、図4に示されている。様々な試料の芯部硬度が、図5に示されている。   After tempering, the hardness of the core and surface of each sample was measured. The surface hardness was measured by Rockwell hardness (HRC), and the core hardness was measured by Vickers hardness (HV30). The surface hardness of the various samples is shown in FIG. The core hardness of various samples is shown in FIG.

図4から、新規な合金および比較合金の焼き戻しされない試料は、類似の表面硬度を有することを結論付けることができる。このことは、それぞれ各焼き戻しされない試料の表面の構造が本質的にマルテンサイトから成ることに起因する。焼き戻しされない試料の硬度は、焼き戻し温度が上昇するにつれて減少する。しかし、図4のグラフから、新規な合金の表面硬度は、600℃までのすべての焼き戻し温度について比較合金の表面硬度よりも高いことが明確に見られる。すなわち、新規な合金は、比較合金よりもより高い焼き戻し耐性を有する。   From FIG. 4 it can be concluded that the non-tempered samples of the new alloy and the comparative alloy have similar surface hardness. This is due to the fact that each non-tempered sample surface structure consists essentially of martensite. The hardness of the sample that is not tempered decreases as the tempering temperature increases. However, it can be clearly seen from the graph of FIG. 4 that the surface hardness of the new alloy is higher than that of the comparative alloy for all tempering temperatures up to 600 ° C. That is, the new alloy has a higher tempering resistance than the comparative alloy.

驚くことに、新規な合金の表面硬度は、焼き戻し温度の上昇につれて、比較合金の表面硬度よりも依然としてはるかに安定した状態である。図4から分かるように、新規な合金の表面硬度は、200℃までロックウェル硬度(HRC)57で本質的に一定であるが、200℃でロックウェル硬度55に低下し、次いで300℃まで本質的に一定に進行する。一方、比較合金の表面硬度は、全体の温度間隔に亘って連続して低下する。   Surprisingly, the surface hardness of the new alloy remains much more stable than the surface hardness of the comparative alloy as the tempering temperature increases. As can be seen from FIG. 4, the surface hardness of the new alloy is essentially constant at Rockwell Hardness (HRC) 57 up to 200 ° C., but decreases to Rockwell Hardness 55 at 200 ° C. and then essentially up to 300 ° C. Progresses constantly. On the other hand, the surface hardness of the comparative alloy decreases continuously over the entire temperature interval.

より高い温度で、マルテンサイトの分解速度が上昇し、バナジウムカーバイドが粗い結晶粒に凝集し、それによって表面硬度が低下する。700℃でバナジウムカーバイドが不安定になり、新規な試料および比較試料の両方の表面硬度が急速に低下する。   At higher temperatures, the martensite decomposition rate increases and vanadium carbide aggregates into coarse grains, thereby reducing the surface hardness. At 700 ° C., vanadium carbide becomes unstable and the surface hardness of both the new and comparative samples decreases rapidly.

図5から、新規な試料の中の芯部硬度は比較試料の中の芯部硬度よりもわずかに低いことを結論付けることができる。新規な合金の相対的に低い芯部硬度について主な理由は、選択された窒素含有量と組み合わせてバナジウムの多い含有量が、試料の浸炭ステップ中に安定したバナジウム炭窒化物を生成するからである。少ないバナジウム炭窒化物は、浸炭ステップ中に結晶粒成長を防止し、芯部の衝撃靭性を増加させる。小さい結晶粒は、やはり合金の焼き入れ性を低下させ、それによって、硬化後に芯部が、実質的にマルテンサイトよりも硬度は低いが、より靭性の高いベイナイトから成ることを保証する。
結論
From FIG. 5, it can be concluded that the core hardness in the new sample is slightly lower than the core hardness in the comparative sample. The main reason for the relatively low core hardness of the new alloy is that the high vanadium content combined with the selected nitrogen content produces a stable vanadium carbonitride during the sample carburizing step. is there. Less vanadium carbonitride prevents grain growth during the carburizing step and increases the impact toughness of the core. Small grains also reduce the hardenability of the alloy, thereby ensuring that after hardening, the core consists of bainite that is substantially less hard than martensite but is tougher.
Conclusion

第3の実施例からの結果は、比較合金の中よりも、新規な合金の中でより良い焼き戻し耐性を示す。新規な合金の表面硬度は、比較材料と比較してより安定している。   The results from the third example show better tempering resistance in the new alloy than in the comparative alloy. The surface hardness of the new alloy is more stable compared to the comparative material.

削岩中には、安定した表面硬度を有する能力は、摩耗耐性にとって重要である。粘着性摩耗耐性が硬度に直接関係するので、掘削中に温度が上昇しても表面硬度を保つ材料が、摩耗により良好に耐えるであろう。表面硬度と芯部硬度との関係は、ドリルロッドの中で使用されるねじ山にとって、やはり重要な要素である。所望の関係は、より良好な衝撃耐性に対する靭性芯部と共に、より良好な摩耗耐性に対する硬質表面である。表面硬度と芯部硬度との間の大きな相違が、より大きい残留圧縮応力をもたらし、それが疲れ寿命を増加する。このことを考慮すると、バナジウム含有量の多い新規な合金は、バナジウム含有量の少ない比較材料に比べると有利であり、比較材料とは正反対である、より強靭な芯部と共に、より高い表面硬度を提供する。
実施例4
During rock drilling, the ability to have a stable surface hardness is important for wear resistance. Since adhesive wear resistance is directly related to hardness, materials that maintain surface hardness even when the temperature rises during excavation will better withstand wear. The relationship between surface hardness and core hardness is still an important factor for the threads used in drill rods. The desired relationship is a hard surface for better wear resistance along with a tough core for better impact resistance. A large difference between surface hardness and core hardness results in greater residual compressive stress, which increases fatigue life. Considering this, the new alloy with high vanadium content is advantageous over the comparative material with low vanadium content and has a higher surface hardness with a tougher core, which is the opposite of the comparative material. provide.
Example 4

4つの実施例では、ThermoCalc(商標)3.0およびデータベースTCFE7のプログラムの中で模擬実験が実施された。模擬実験の目的は、第3の実施例の中で新規な試料および比較試料における芯部硬度の測定結果を確認することであった。追加の目的は、新規な試料の芯部硬度の良好な結果が、新規な合金の窒素およびバナジウムの所望の範囲に亘って存在することを確認することであった。   In the four examples, simulations were performed in the program of ThermoCalc ™ 3.0 and database TCFE7. The purpose of the simulation experiment was to confirm the measurement results of the core hardness of the new sample and the comparative sample in the third example. An additional objective was to confirm that good results for the core hardness of the new sample existed over the desired range of nitrogen and vanadium of the new alloy.

模擬実験は、新規な合金および比較合金における様々な温度でバナジウム炭窒化物の安定性を示す。更に以下に説明するように、浸炭温度または熱間加工温度でバナジウム炭窒化物の存在が、芯部の最終的構成要素内の金属組織に有意効果を有するであろう。   Simulated experiments show the stability of vanadium carbonitrides at various temperatures in the new and comparative alloys. As explained further below, the presence of vanadium carbonitride at the carburizing or hot working temperature will have a significant effect on the microstructure in the final component of the core.

図6は、0.2質量%のバナジウム含有量および0.005質量%の窒素含有量を含む新規な合金の中で形成されるバナジウム炭窒化物の安定性の第1のThermoCalc(商標)模擬実験で製作された図表を示す。模擬実験の中で合金の全体的組成は、0.019C、0.9Si、0.75Mo、1.2Cr、0.20V、1.8Ni、0.78Mn、0.005Nである。   FIG. 6 shows a first ThermoCalc ™ simulation of the stability of vanadium carbonitride formed in a novel alloy containing 0.2 wt% vanadium content and 0.005 wt% nitrogen content. The chart produced by experiment is shown. The overall composition of the alloy in the simulation is 0.019C, 0.9Si, 0.75Mo, 1.2Cr, 0.20V, 1.8Ni, 0.78Mn, 0.005N.

図6は、異なる温度で、合金システム中に存在する様々な析出相の量をモルで示す。y軸線は析出相の量を示し、x軸線は温度を示す。ライン1は、様々な温度で合金システムに存在するバナジウム炭窒化物の量(モルで)を示す。図表の中の他のラインは、新規な合金システムの中に存在する他の相を示す。これらの相は、更に詳しく考察しない。   FIG. 6 shows in moles the amount of various precipitated phases present in the alloy system at different temperatures. The y-axis indicates the amount of precipitated phase, and the x-axis indicates temperature. Line 1 shows the amount (in moles) of vanadium carbonitride present in the alloy system at various temperatures. The other lines in the chart show the other phases present in the new alloy system. These phases are not discussed in further detail.

図6でライン1に注目すると、バナジウム炭窒化物の析出が700〜800℃の範囲の温度で温度が上昇するにつれて増加することが分かる。800℃を超えると、バナジウム炭窒化物の析出が止み、析出されたバナジウム炭窒化物が、合金システムの中の平衡によって分解し始める。結局、高温ではより少ないバナジウム炭窒化物が存在する可能性がある。したがって、合金システムの中の炭窒化物の量は、温度の上昇と共に減少する。図6の合金システムの中では、900〜1000℃の間隔の温度で、相対的に多い量のバナジウム炭窒化物が存在することが分かる。図表は、更に、バナジウム炭窒化物は約1100℃で完全に分解することを示す。   Focusing on line 1 in FIG. 6, it can be seen that the precipitation of vanadium carbonitrides increases with increasing temperature at temperatures in the range of 700-800 ° C. Above 800 ° C., the vanadium carbonitride stops precipitating and the precipitated vanadium carbonitride begins to decompose due to the equilibrium in the alloy system. Eventually, there may be less vanadium carbonitride at higher temperatures. Thus, the amount of carbonitride in the alloy system decreases with increasing temperature. In the alloy system of FIG. 6, it can be seen that there is a relatively large amount of vanadium carbonitride at temperatures ranging from 900 to 1000 ° C. The chart further shows that vanadium carbonitride completely decomposes at about 1100 ° C.

上記のバナジウム炭窒化物の分布は、以下の理由から、新規な合金から製造される構成要素の中に良好な芯部特性を保証するはずである。   The above vanadium carbonitride distribution should ensure good core properties in components made from the new alloy for the following reasons.

第1に、削岩用の構成要素の製造において、構成要素が、930℃で浸炭され、硬化される。この温度で、鋼の中の結晶粒が、少数の大きい結晶粒に凝集しようとする。   First, in the manufacture of rock drilling components, the components are carburized and cured at 930 ° C. At this temperature, the grains in the steel try to agglomerate into a few large grains.

一般に、鋼の焼き入れ性が、結晶粒寸法の増加と共に増加するという意味において、鋼の結晶粒寸法は鋼の焼き入れ性に影響を及ぼす。したがって、硬化後に、結晶粒寸法が小さい鋼は、顕著なベイナイト構造を有するが、一方で結晶粒寸法が大きい鋼は、マルテンサイト構造を有するであろう。   In general, the grain size of steel affects the hardenability of steel in the sense that the hardenability of steel increases with increasing grain size. Thus, after hardening, steel with a small grain size will have a pronounced bainite structure, while steel with a large grain size will have a martensite structure.

図6の930℃で相対的に多い量のバナジウム炭窒化物の存在が、合金の結晶粒が凝集することを阻止することによって、新規な鋼の中で結晶粒の成長を効果的に防止するはずである。これによって、新規な合金の中に小さい結晶粒、およびそれから製造される硬化された構成要素の芯部内の顕著なベイナイト構造をもたらすはずである。これは、芯部の強度および衝撃靭性、ならびに高温での構造的安定性のために重要である。   The presence of a relatively large amount of vanadium carbonitride at 930 ° C. in FIG. 6 effectively prevents grain growth in the new steel by preventing the alloy grains from agglomerating. It should be. This should result in small grains in the new alloy and a pronounced bainite structure in the core of the hardened component produced therefrom. This is important for core strength and impact toughness, and structural stability at high temperatures.

第2に、図6からすべてのバナジウム炭窒化物が約1100℃で分解することを結論付けることができる。もちろん、これは鋼の熱間加工性にとって重要である。しかし、熱間加工後に残っているバナジウム炭窒化物が合金の硬化中に結晶粒寸法に与える悪影響がないことが、更に重要である。硬化するステップにおいて、残っているバナジウム炭窒化物は、少量の非常に大きい結晶粒に凝集するであろう。これらの結晶粒は、浸炭/硬化中に結晶粒成長を防止することにほとんど影響を及ぼさないので、その結果、低い靭性、したがって弱い衝撃強度を有する、主にマルテンサイト構造から成る芯部を含む構成要素をもたらすであろう。   Second, it can be concluded from FIG. 6 that all vanadium carbonitrides decompose at about 1100 ° C. Of course, this is important for the hot workability of steel. However, it is even more important that the vanadium carbonitride remaining after hot working does not have an adverse effect on the grain size during alloy hardening. In the curing step, the remaining vanadium carbonitride will aggregate into a small amount of very large grains. Since these grains have little effect on preventing grain growth during carburizing / hardening, the result is a core consisting mainly of a martensite structure with low toughness and thus weak impact strength Will bring the component.

図7は、0.2質量%のバナジウム含有量および0.012質量%の窒素含有量を含む新規な合金の中で形成されるバナジウム炭窒化物の安定性の第2のThermoCalc(商標)模擬実験で製作された図表を示す。この模擬実験は、第1の模擬実験の結果を確証する。したがって、この模擬実験もやはり、十分な量のバナジウム炭窒化物が900〜1000℃の間隔の温度で合金の中に存在して、硬化後に合金の芯部の中にベイナイト構造を保証することを示す。更に図表から、バナジウム炭窒化物が約1130℃で完全に分解することを結論付けることができる。   FIG. 7 shows a second ThermoCalc ™ simulation of the stability of vanadium carbonitride formed in a novel alloy containing 0.2 wt% vanadium content and 0.012 wt% nitrogen content. The chart produced by experiment is shown. This simulation confirms the results of the first simulation. Therefore, this simulation also shows that a sufficient amount of vanadium carbonitride is present in the alloy at a temperature interval of 900-1000 ° C. to ensure a bainite structure in the alloy core after hardening. Show. Furthermore, from the chart it can be concluded that the vanadium carbonitride completely decomposes at about 1130 ° C.

第2の模擬実験の合金の中で多い窒素含有量が、第1の模擬実験と比較すると、930℃でより多くのバナジウム炭窒化物の析出をもたらすことに注目することができる。もちろんこれは、芯部のベイナイト構造を保証するためにプラスである。   It can be noted that the high nitrogen content in the second simulated experiment leads to more vanadium carbonitride precipitation at 930 ° C. compared to the first simulated experiment. Of course, this is a plus to guarantee the bainite structure of the core.

図8は、0.3質量%のバナジウム含有量および0.005質量%の窒素含有量を含む新規な合金の中で形成されるバナジウム炭窒化物の安定性の第3のThermoCalc(商標)模擬実験で製作された図表を示す。模擬実験の合金は以下の組成、0.019C、0.9Si、0.75Mo、1.2Cr、0.1V、1.8Ni、0.78Mn、0.005Nを含んだ。   FIG. 8 shows a third ThermoCalc ™ simulation of the stability of vanadium carbonitride formed in a novel alloy containing 0.3 wt% vanadium content and 0.005 wt% nitrogen content. The chart produced by experiment is shown. The simulated alloy contained the following composition: 0.019C, 0.9Si, 0.75Mo, 1.2Cr, 0.1V, 1.8Ni, 0.78Mn, 0.005N.

この模擬実験は、やはり十分な量のバナジウム炭窒化物が900〜1000℃で析出し、すべてのバナジウム炭窒化物が1120℃の温度で分解されたことを示す。   This simulated experiment again shows that a sufficient amount of vanadium carbonitride was deposited at 900-1000 ° C. and that all vanadium carbonitride was decomposed at a temperature of 1120 ° C.

第1および第2の模擬実験と比較すると、第3の模擬実験では、より多くのバナジウム炭窒化物が析出している。この理由は、この合金の中にバナジウム含有量がより多いからである。   Compared to the first and second simulation experiments, more vanadium carbonitride is precipitated in the third simulation experiment. This is because the alloy has a higher vanadium content.

図9は、0.3質量%のバナジウム含有量および0.012質量%の窒素含有量を含む新規な合金の中で形成されるバナジウム炭窒化物の安定性の第4のThermoCalc(商標)模擬実験で製作された図表を示す。模擬実験の合金は以下の組成、0.019C、0.9Si、0.75Mo、1.2Cr、0.1V、1.8Ni、0.78Mn、0.005Nを含んだ。   FIG. 9 shows a fourth ThermoCalc ™ simulation of the stability of vanadium carbonitride formed in a novel alloy containing 0.3 wt% vanadium content and 0.012 wt% nitrogen content. The chart produced by experiment is shown. The simulated alloy contained the following composition: 0.019C, 0.9Si, 0.75Mo, 1.2Cr, 0.1V, 1.8Ni, 0.78Mn, 0.005N.

この模擬実験は、やはり十分な量のバナジウム炭窒化物が900〜1000℃で存在し、バナジウム炭窒化物が1200℃未満の温度で分解したことを示す。   This simulated experiment again shows that a sufficient amount of vanadium carbonitride was present at 900-1000 ° C and that the vanadium carbonitride decomposed at temperatures below 1200 ° C.

図10は、少ないバナジウム含有量(0.1質量%)および0.005質量%の窒素含有量を含む比較合金の中で形成されるバナジウム炭窒化物の安定性の第5のThermoCalc(商標)模擬実験で製作された図表を示す。模擬実験の合金は実施例3で使用された合金に類似しており、以下の組成、0.019C、0.9Si、0.75Mo、1.2Cr、0.1V、1.8Ni、0.78Mn、0.005Nを含む。   FIG. 10 shows the fifth ThermoCalc ™ of the stability of vanadium carbonitride formed in a comparative alloy containing a low vanadium content (0.1 wt%) and a nitrogen content of 0.005 wt% The chart produced by the simulation experiment is shown. The simulated alloy is similar to the alloy used in Example 3, with the following composition: 0.019C, 0.9Si, 0.75Mo, 1.2Cr, 0.1V, 1.8Ni, 0.78Mn 0.005N.

図10のライン1から、900〜1000℃の温度間隔で、この合金の中に非常に少ない含有量のバナジウム炭窒化物が存在することを結論付けることができる。この合金の中にバナジウム炭窒化物の含有量が少なすぎるので、浸炭中に結晶粒成長を防止することができないため、それによって、この合金から製造される硬化された構成要素の芯部の中に増加した焼き入れ性およびマルテンサイト形成をもたらすであろう。したがって、模擬実験は、実施例3の比較合金の芯部硬度について行われた測定を確証する。   From line 1 in FIG. 10, it can be concluded that there is a very low content of vanadium carbonitride in this alloy at a temperature interval of 900-1000 ° C. Since the vanadium carbonitride content in this alloy is too low, grain growth cannot be prevented during carburizing, and thereby in the core of the hardened component produced from this alloy. Will result in increased hardenability and martensite formation. Therefore, the simulation experiment confirms the measurements made for the core hardness of the comparative alloy of Example 3.

要約すると、5つのThermoCalc(商標)模擬実験、および物理的実験3の結果から、表面硬度と芯部硬度との最適の均衡が、新規な合金の中で達成されることを結論付けることができる。表面硬度と芯部硬度との最適の均衡によって、新規な合金が削岩構成要素の中で使用するために非常に適するものとなる。   In summary, from the results of five ThermoCalc ™ simulation experiments and physical experiment 3, it can be concluded that the optimal balance between surface hardness and core hardness is achieved in the novel alloy. . The optimum balance between surface hardness and core hardness makes the new alloy very suitable for use in rock drilling components.

Claims (15)

質量%(wt%)で、
C:0.16〜0.23、
Si:0.8〜1.0、
Mo:0.67〜0.9、
Cr:1.10〜1.30、
V:0.18〜0.4、
Ni:1.60〜2.0、
Mn:0.65〜0.9、
P:≦0.020、
S:≦0.02、
Cu:≦0.20、
N:0.005〜0.012質量%
と、残部鉄と、不可避的不純物とを含む、ベイナイト鋼。
In mass% (wt%)
C: 0.16-0.23,
Si: 0.8 to 1.0,
Mo: 0.67 to 0.9,
Cr: 1.10 to 1.30,
V: 0.18-0.4,
Ni: 1.60 to 2.0,
Mn: 0.65-0.9,
P: ≦ 0.020,
S: ≦ 0.02
Cu: ≦ 0.20,
N: 0.005 to 0.012% by mass
And bainitic steel containing the balance iron and inevitable impurities.
Siの前記含有量が、0.85〜0.95質量%である、請求項1に記載のベイナイト鋼。   The bainite steel according to claim 1, wherein the content of Si is 0.85 to 0.95 mass%. Moの前記含有量が、0.70〜0.80質量%である、請求項1または2に記載のベイナイト鋼。   The bainite steel according to claim 1 or 2, wherein the content of Mo is 0.70 to 0.80 mass%. Crの前記含有量が、1.20〜1.25質量%である、請求項1から3のいずれか一項に記載のベイナイト鋼。   The bainite steel according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of Cr is 1.20 to 1.25 mass%. Vの前記含有量が、0.20〜0.30質量%であり、好適には0.2〜0.25質量%である、請求項1から4のいずれか一項に記載のベイナイト鋼。   The bainite steel according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of V is 0.20 to 0.30 mass%, preferably 0.2 to 0.25 mass%. Nの前記含有量が、0.008〜0.012質量%である、請求項1から5のいずれか一項に記載のベイナイト鋼。   The bainite steel according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of N is 0.008 to 0.012 mass%. 請求項1から6のいずれか一項に記載の鋼を含む、削岩用構成要素(10、20、30)。   Rock drilling component (10, 20, 30) comprising the steel according to any one of claims 1 to 6. 前記構成要素が、ドリルロッド(10)用のねじ切りされた雄型コネクタまたはねじ切りされた雌型コネクタ(20、30)である、請求項7に記載の構成要素。   The component according to claim 7, wherein the component is a threaded male connector or a threaded female connector (20, 30) for a drill rod (10). 前記構成要素が、ねじ切りされた雄型コネクタおよびねじ切りされた雌型コネクタ(20、30)を備えるドリルロッド(10)である、請求項7または8に記載の構成要素。   9. Component according to claim 7 or 8, wherein the component is a drill rod (10) comprising a threaded male connector and a threaded female connector (20, 30). 削岩用構成要素(10、20、30)を製造するための方法であって、
a.請求項1から6のいずれか一項に記載の鋼で、請求項7から9いずれか一項の記載によって、削岩用構成要素(10、20、30)を形成するステップと、
b.前記構成要素(10、20、30)をオーステナイト化温度まで加熱するステップと、
c.前記構成要素(10、20、30)を、所定の時間、炭素含有雰囲気中にオーステナイト化温度で保つステップと、
d.前記構成要素を冷却するステップと
を含む方法。
A method for producing a rock drilling component (10, 20, 30) comprising:
a. Forming the rock drilling component (10, 20, 30) according to any one of claims 7 to 9 with the steel according to any one of claims 1 to 6;
b. Heating the component (10, 20, 30) to an austenitizing temperature;
c. Maintaining the components (10, 20, 30) at austenitizing temperature in a carbon-containing atmosphere for a predetermined time;
d. Cooling the component.
前記構成要素が900〜1000℃の温度まで加熱される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the component is heated to a temperature of 900-1000 ° C. 前記構成要素がCOおよびHの雰囲気中で加熱される、請求項10または11に記載の方法。 The component is heated in an atmosphere of CO and H 2, The method of claim 10 or 11. 前記構成要素が3〜6時間加熱される、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。   13. A method according to any one of claims 10 to 12, wherein the component is heated for 3 to 6 hours. 前記構成要素が、空気中で冷却される、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。   14. A method according to any one of claims 10 to 13, wherein the component is cooled in air. 地上で空気冷却トップハンマ掘削中に、ドリルロッド用の表面硬化されたコネクタの中に、請求項1から6のいずれか一項に記載のベイナイト鋼を使用すること。   Use of bainite steel according to any one of claims 1 to 6 in a surface hardened connector for a drill rod during air cooled top hammer drilling on the ground.
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