MXPA02007824A

MXPA02007824A - Elemento alargado y acero para perforar roca por percusion.

Info

Publication number: MXPA02007824A
Application number: MXPA02007824A
Authority: MX
Inventors: Johan Linden
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2003-02-10
Also published as: KR100792806B1; JP2003522837A; CA2395825A1; WO2001061064A1; EP1259655B1; KR20020073552A; DE60131729T2; SE0000521D0; US6547891B2; SE522352C2; RU2255134C2; CN1401013A; SE0000521L; EP1259655A1; ATE380261T1; CA2395825C; ZA200205405B; AU3257201A; US20010023718A1; DE60131729D1

Abstract

La presente invencion se refiere a un acero, resistente a la corrosion, martensitico, para perforacion en roca, con propiedades ajustadas esencialmente con respecto a la resistencia contra la fatiga por corrosion. Este ha sido obtenido porque un elemento alargado para perforacion en roca por percusion que incluye el menos un canal roscado y de limpieza por chorro, ha sido elaborado de un acero resistente' a la corrosion con una estructura principalmente martensitica.

Description

ELEMENTO ALARGADO Y ACERO PARA PERFORAR ROCA POR PERCUSIÓN A i ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un a¡.cero resistente a la corrosión, martensitico, para perforación en roca, con propiedades nuevas y mejoradas, particularmente con respecto a la resistencia contra la fatiga por corrosión.

TÉCNICA ANTERIOR Durante la perforación en roca por percusión, las ondas de choque y la rotación son transferidas desde una máquina de perforación via una o mas varillas o tubos a una broca equipada con carburo cementado. El acero para perforación, por ejemplo el material en las brocas, barrenas, tubos, manguitos y adaptadores del talón de la broca, durante la perforación se somete al ataque corrosivo. Esto aplica en particular a la perforación bajo tierra en donde se utiliza el agua como medio de lavado por chorro y donde el ambiente en general es húmedo. Los ataques corrosivos son particularmente serios en las partes más sometidas a tensión, por ejemplo fondos roscados y espacios muertos roscados. En combinación con la tensión por pulsos, provocada por la flexión y las ondas de choque anteriormente mencionadas, surge la denominada fatiga por corrosión (figura 1). Esta es una causa común para la falla del acero de perforación. Un acero endurecido, con forro, de baja aleación, normalmente es utilizado para la aplicación en perforación. La razón es que la abrasión y el desgaste de las partes roscadas en general han estado limitando la vida. Conforme las máquinas de perforación y las herramientas se han vuelto más eficientes, estos problemas sin embargo han disminuido y la fatiga por corrosión se ha vuelto un factor limitante. El endurecimiento por forro da resistencias a la compresión en la superficie, lo cual proporciona ciertos efectos retardadores sobre la fatiga. La patente norteamericana número US-5, 96-421 se refiere a un acero inoxidable, martensitico, de alta resistencia. El acero contiene: 0.06% en peso o menos de C, de 12 a 16% en peso de Cr, 1% en peso o menos de Si, 2% en peso o menos de Mn, de 0.5 a 8% en peso de Ni, de 0.1 a 2.5 % en peso de Mo, de 0.3 a 4% en peso de Cu, 0.05% en peso o menos de N, y el resto es Fe e impurezas inevitables; el acero tiene una proporción de área de fase delta-ferrita de al menos 10%. El acero conocido pretende resolver el problema de la corrosión por tensión, provocada por un ambiente ácido.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN ün objetivo de la presente invención es proporcionar un elemento alargado para la perforación en roca por percusión que mejora además la eficiencia de la minería moderna. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un elemento alargado para la perforación por percusión en roca con vida incrementada. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un acero para perforación con proporción reducida de corrosión. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un acero para perforación con sensibilidad reducida para la fatiga por corrosión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estos y otros objetivos son obtenidos a través de un elemento alargado y un acero para perforación tal como éstos son definidos en las reivindicaciones de "*'?i£2. patente, anexas, con <jí|¡gé<rencía a las figuras. La figura 1 muestra, a 25x, cuarteaduras en un fondo roscado en un acero de Í5'ája aleación. La figura 2 muestra, a 500^f la estructura de 5 un acero de perforación de acuerdo «ß? la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un acero para 0 perforación en roca, elaborado de una aleación resistente a la corrosión, con una matriz martensítica, en donde la resistencia es obtenida por las adiciones de Cr así como MO, W, Cu y/o N. A través de La estructura martensítica (figura 2), se obtiene la 5 resistencia necesaria y la dureza del núcleo para la aplicación. Preferentemente el contenido artensítico es mayor de 50% en peso, pero menor de 100% en peso, preferentemente mayor de 75% en peso. La resistencia a la tracción ultima esta será mayor a 800 MPa, 0 preferentemente 1300-3000 MPa. Mediante la elaboración del acero para perforación en una aleación resistente a la corrosión permite que se obtenga para la adición de cromo, una capa pasiva sobre la superficie, lo que previene la 5 corrosión o reduce la proporción de corrosión y por lo tanto la fatiga por corrosión, especialmente en fondos roscados tal como se muestra en la figura 1. Con el fin de que el acero de perforación de acuerdo a la invención sea suficientemente resistente a la corrosión, se requiere que éste tenga un contenido de cromo de al menos 11%, El contenido total de carbono y/o nitrógeno (C+N) debe ser mayor a 0.05%, preferentemente 0.1-0.8%. Alternativamente, el contenido de cromo puede ser menor de 11%, inferior a 5%, lo cual puede luego ser compensado mediante la adición preferentemente de molibdeno (hasta 5%, preferentemente 0.5-2 % en peso), tungsteno (hasta 5%, preferentemente 0.5-2% en peso) y/o cobre (hasta 2%, preferentemente 0.1-1% en peso) en donde el contenido total de Mo+W+Cu es mayor a 0.5%, preferentemente mayor a 1% en peso. Una alternativa adicional es que la aleación tenga una composición que dé un número PRE mayor a 10, preferentemente 12-17. PRE significa Equivalente de Resistencia a la Corrosión diseminada, y describe la resistencia de una aleación contra la corrosión diseminada. PRE se define de acuerdo a la formula: PRE CR + 3.3 (Mo+ ) + 16N donde Cr, MO, W y N corresponden al contenido de los elementos en por ciento en peso. Un acero de acuerdo a la invención tendrá además una resistencia superficial de más de 400 Vickers, preferentemente 500-800 vickers, con el fin de incrementar además su resistencia contra la abrasión provocada por ejemplo por los movimientos en las juntas roscadas, los cortes de perforación o el contacto con la roca circundante (la pared perforada). Preferentemente el acero tiene un espesor de 0.5-2.0 mm de capa superficial con dureza incrementada. Los aceros para perforación de acuerdo a la invención son elaborados mediante producción y maquinación de varillas de acero convencionales. Con el fin de obtener la estructura martensítica deseada, el acero es endurecido o trabajado en frío. La resistencia al desgaste puede ser además mejorada mediante el endurecimiento por inducción de la superficie o mediante la aplicación de métodos de tratamiento superficial tales como carburización y nitruració . La invención también se refiere al uso de un acero de acuerdo a la invención como un acero para perforación. En vez de realizar el elemento completo de acuerdo a la invención, uno o ambos extremos roscados pueden ser realizados de acuerdo ¿ la invención y ser soldados o unidos sobre una varilla o un tubo de otro material .

EJEMPLO En la denominada perforadora de galería se utilizan aproximadamente varillas de 4 metros de largo. La parte crítica de las varillas son los fondos sobre las roscas macho tales como se muestran en la figura 1, en donde el agua de limpieza por chorro y las tensiones pulsantes dan origen a la fatiga por corrosión que frecuentemente da como resultado fractura. Las varillas para perforadora de galería son elaboradas de tres aleaciones con composiciones de acuerdo a lo siguiente: Prueba %C %CR %Ni %Mo %W %Cu %N %Fe Contenido de martensita 1-4 018 134 03 002 001 012 0012 El resto 98% 5-8 050 143 015 002 001 006 0011 El resto 98% 9-12 035 119 022 105 001 006 0013 El resto 98% La perforación se realizó en una instalación para perforación con perforadora de galería, bajo tierra y la perforación se continuó hasta que ocurrió la fractura/desgaste. Se lograron los siguientes periodos de vida, medidos en medidores perforados: Prueba no 1 2 3 4 5 6 Medidores perforados 3299 2904 3030 2876 2893 3121 Prueba no 7 8 9 10 1 1 12 Medidores perforados 2976 2656 2628 2189 3222 2929 La vida normal para las varillas de perforadoras de galería, de tipo convencional, por ejemplo de acero endurecido, con forro, de baja aleación, es en el sitio de prueba en cuestión donde la piedra principalmente consta de granito, de aproximadamente 2000 m, lo que muestra que el uso de un acero para perforación de acuerdo a la invención da un mejoramiento notable. En otras palabras, todos los aceros de acuerdo a la presente invención contienen la característica común de C+N mayor o igual a 0.1% en peso, de modo que un acero preferido se selecciona de una de las composiciones listadas enseguida: • C+N > 0.1% en peso y Cr > 11% en peso, o iA? ^l i.^¡^,.?¡^ i^^^X^^^^ X. J&Í-M j^lJi^HB • C+N > 0.1% en peso y Cr > 5% en peso, Mo = 5% en peso, W = 5% en peso, Cu = 2% en peso, Mo+W+Cu > 0.5 % en peso o • C+N > 0.1% en peso y Cr+3.3 (Mo+W) +16N > 10% en peso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Acero para un elemento alargado para perforación en roca por percusión que incluye al menos un canal roscado y de lavado por chorro, caracterizado porque el acero en al menos la rosca es resistente a la corrosión, con sensibilidad reducida para la fatiga por corrosión y el cual tiene una estructura principalmente martensítica .

2. Acero de conformidad con la reivindicación 1, en donde el contenido artensítico es mayor a 50% en peso pero menor a 100% en peso y porque el acero contiene: C+N > 0.1% en peso y Cr > 11% en peso, o C+N > 0.1% en peso y Cr > 5% en peso, Mo = 5% en peso, W = 5% en peso, Cu = 2% en peso, Mo+W+Cu > 0.5% en peso, o C+N > 0.1% en peso y Cr+3.3 (Mo+W) +16N > 10% en peso.

3. Acero de conformidad con la reivindicación 2, en donde el contenido de martensita es mayor a 75% en peso.

4. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido de cromo es mayor a 5% en peso.

5. Acero de conformidad con la reivindicación 4, el cual además contiene <5% en peso de Mo, <5% en peso de W y/o <2% en peso de Cu.

6. Acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la composición da un número PRE mayor a 10, donde PRE es definido de acuerdo a la formula PRE = Cr+3.3 (Mo+W)+16N y donde Cr, Mo, W y N corresponden al contenido de los elementos en por ciento en peso.

7. Elemento alargado para perforación en roca por percusión que incluye al menos un canal roscado y de limpieza por chorro, caracterizado porque al menos la rosca es elaborada de un acero resistente a la corrosión con sensibilidad reducida para la fatiga por corrosión, el cual tiene una estructura principalmente martensítica.

8. Elemento de conformidad con la reivindicación 7, en donde el contenido de martensita es mayor a 50% en peso pero menor a 100% en peso y porque el acero contiene: C+N > 0.1% en peso y Cr > 11% en peso, o C+N > 0.1% en peso y Cr > 51 en peso, Mo A 5% en peso, W < 5% en peso, Cu = 2% en peso, Mo+W+Cu > #» 0.5 % en peso, o C+N > 0.1% en peso y Cr+3.3 (Mo+W) +16N > 10% en peso.

9. Elemento de conformidad con la reivindicación 8 en donde el contenido de martensita es mayor a 75% en peso.

10. El uso de un acero para un elemento alargado para perforación por percusión en roca que incluye al menos un canal roscado y de limpieza por chorro, caracterizado porque el acero en al menos la rosca es resistente a la corrosión con sensibilidad reducida para la fatiga por corrosión y que tiene una estructura principalmente martensítica.