NO342355B1 - Materiale for fremstilling av deler eller belegg tilpasset høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser, fremgangsmåte for å fremstille slikt materiale og et dreiemomentreduserende utstyr for bruk i en borestreng laget av materialet - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et materiale til fremstilling av deler eller belegg tilpasset til høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser, der nevnte material innbefatter forlagede harde materialpartikler laget av karbider, som er tilfeldig innesluttet i en matriks i et grunnmateriale. Med sikte på å fremskaffe et materiale som er egnet til å fremstille deler eller belegg med høy slitasjemotstand, og som på samme tid forårsaker en lav friksjonsmotstand, foreslås det at karbidpartiklene er forlagede sfæriske partikler med en hardhet i området mellom 1000 og 2000 HV/10 og nevnte grunnmateriale er en Ni-basert legering som i tillegg innbefatter C, Cr, Mo, Fe, Si, B og Cu i følgende områder (i vekt-%): C 0,005-1,0; Cr 10,0-26,0; Mo 8,0-22,0; Fe 0,1-10,0; Si 3,0-9,0; B 1,0-5,0; Cu 0,1-<5,0.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et materiale for å fremstille deler eller belegg tilpasset høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser, der nevnte materiale innbefatter partikler forlaget av hardt materiale, som er laget av karbider, som er tilfeldig innkapslet i en matriks i et grunnmateriale.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å fremstille et materiale tilpasset til å lage slike deler eller belegg ved å fremskaffe en blanding av råmateriale i pulverform eller trådform innbefattende partikler forlaget av hardt materiale og et grunnmateriale, og derpå følgende smelting av råmaterialet.

Videre vedrører oppfinnelsen et dreiemomentreduserende utstyr for bruk i en borestreng, innbefattende en normalt sylindrisk form tilpasset for å danne del av en borestreng, der nevnte form inkluderer en dreiemomentreduserende kontaktoverflate.

Boring av hull eller borehull ned i undergrunnsformasjoner og særlig boring av olje- og gassbrønner, er typisk fulgt av å anvende en langstrakt “borestreng”, som initielt frakter borekronen eller andre skjæreverktøy, og som er konstruert av et antall seksjoner av et rundt borerør, som er koplet på sine ender. Borestrengen strekker seg fra boreoverflaten inn i brønnen eller ”brønnhullet”, som er dannet av den roterende borekronen. Etter hvert som borekronen trenger dypere eller lengre inn i undergrunnsformasjonen, settes flere seksjoner av borerøret til borestrengen.

Det er alminnelig praksis å fôre (“line”) veggen i borehullet med stålrør etter hvert som lengden av borehullet progressivt øker. Dette stålrøret er normalt kjent som et borehulls fôringsrør (“casing”). Fôringsrøret fôrer borehullet for å forhindre utvasking av veggen og forhindre utsivende av væske fra de omgivende formasjonene til å komme inn i brønnhullet. Fôringsrøret fremskaffer også en metode for å utvinne gass eller olje hvis brønnen blir funnet å være drivverdig. Fôringen i borehullet kan bli forsterket ved å introdusere sement mellom den ytre overflaten av fôringen og den indre overflaten i brønnhullet.

En borestreng kan eventuelt ha en betydelig lengde, og den er relativt fleksibel, siden den er utsatt for sideveis avbøyning, spesielt i områdene mellom skjøtene eller koplingene. Særskilt kan påføring av belastning på borestrengen eller motstand fra borekronen forårsake aksielle krefter, som igjen kan forårsake sideveis avbøyning.

Disse avbøyningene kan resultere i at deler av borestrengen kommer i kontakt med fôringsrøret. I tillegg kan boreoperasjonen være langs en bøyd eller vinklet bane, vanligvis kjent som ”retningsboring” ("directional drilling"). Spesielt slik retningsboring forårsaker ofte kontakt mellom deler av borestrengen og fôringsrøret.

Kontakt mellom borestrengen og fôringsrøret skaper friksjonsdreiemoment og motstand. Faktisk kan betydelige dreiemomenter frembringes av friksjonskreftenes virkninger, som utvikles mellom den roterende borestrengen og fôringsrøret. Under boreoperasjoner er ytterligere dreiemoment påkrevet mens borestrengen roteres, for å overvinne denne motstanden.

Det vil umiddelbart forstås at borestrengen, som ofte kommer i kontakt med omgivende borehullsfôringsrør, uunngåelig forårsaker friksjonsslitasje, økt risting og abrasjon på seg selv, og liknende slitasje eller annen ødeleggelse til omgivende fôringsrør. Hvis friksjonsslitasjen fortsetter, slites fôringsrøret tynt av friksjonskontakt med roterende borestrengsrør og vil til slutt revne. En stans i boreoperasjonen er følgelig da nødvendig, med behov for langvarig og kostbart utbedringsarbeid før fôringsrøret er reparert til en fullt effektiv tilstand. Ofte er lengden av en brønns drivverdige levetid bestemt stort sett fullstendig av varigheten til borehullets fôringsrørs integritet.

I denne sammenheng bør det bemerkes at det er slitasje mellom borestrengen og fôringsrøret, men det er også slitasje fra passerende abrasivt slam fra borekronen. Dette slammet vil komme mellom borestrengen og fôringsrøret og forårsake slitasje på hver av dem selv om de ikke er i direkte kontakt med hverandre.

Forskjellige forsøk er blitt utført for å eliminere eller redusere friksjonsslitasjen diskutert ovenfor, ved å fremskaffe borerørsbeskyttelse langsetter lengden av borestrengen. Denne beskyttelsen ble laget av gummihylser eller annet elastomert materiale, og ble anbrakt over borerøret for å holde borerøret og dens forbindelser unna fôringsrørsveggen. Gummi og annet elastomert materiale ble anvendt på grunn av deres evne til å absorbere risting og medføre minimal slitasje. Denne type beskyttelse er beskrevet i US patent nr.5 069 297 A. Beskyttelsen innbefatter en normalt rund form som omgir borerøret og er fri til å rotere i forhold til denne. Den ytre diameteren til beskyttelsen er større enn maksimal ytre diameter av forbindelsesdelene til borerøret, og mindre enn innsidediameteren til fôringsrøret. I det tilfellet at beskyttelsen kommer i kontakt med overflaten på fôringsrøret, kan borerøret fortsatt rotere fritt inni beskyttelsen. Dette minimaliserer økningen i dreiemoment eller motstand, som ellers ville ha blitt forårsaket av kontakt mellom rørstrengen og fôringsrøret, og reduserer sannsynligheten for ødeleggelse på enten røret eller fôringsrøret på grunn av dette.

Utstyr av denne type virker også med en tilleggsfunksjon ved å stabilisere borestrengen og dermed redusere vibrasjoner i strengen under bruk. Imidlertid kan det, når man anvender slik borerørsbeskyttelse, frembringe en signifikant økning i det roterende dreiemomentet som utvikles under boreoperasjoner. I tilfeller der det er hundrevis av beskyttelser i brønnhullet på samme tid, kan de generere tilstrekkelig akkumulativt dreiemoment eller motstand til å påvirke boreoperasjonene negativt.

WO 01/59249 A2 legger frem en modifikasjon av et dreiemomentreduserende og/ eller beskyttelsesutstyr for anvendelse i en borestreng. Det foreslås at borestrengen, eller deler av den, lages av faste legeringer fremskaffet med metode med glidelager med lav friksjon mellom borestrengen og fôringsrøret. Metoden med glidelager med lav friksjon kan være belegg eller innsatser lager av en lavfriksjonslegering, lavfriksjonskeramiske eller magnetiske elementer. For eksempel kunne en lavfriksjonslegeringsinnsats lages av stål med keramiske elementer innsatt i dette.

Egnede legeringer til å gi beskyttelse mot slitasje og korrosjon har vært kjent lenge. For eksempel er nikkelbaserte legeringer med additiver av krom og molybden med godt resultat anvendt i mange industrigrener med formål som termisk sprøyting eller sveising, som beskrevet i US patent nr.6 027 583 A og i US patent nr.6 187 115 A.

I en fagartikkel med tittel “Hardbending for Drilling Unconsolidated Sand Reservoirs”, presentert i “IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology” holdt i Jakarta, 9-11 september 2002, ved J. Barrios, C. Alonso, E. Pedersen, A. Bachelot og A. Broucke, rapporteres det at wolframkarbidkorn anvendes for å fremskaffe wolframkarbidstålkompositter med sikte på å øke hardheten til hardt bøyelig materiale anvendt på kontaktoverflaten til en borestreng. Wolframkarbidkornene skal motstå smelting og legering ved sveising av det seige materialet. Stål anvendes som et matriks materiale for rett og slett å anbringe wolframkarbidkornene til kontaktoverflaten.

Istedenfor stål ble andre matriksmaterialer i form av legeringer, testet og det ble funnet at jo hardere matriksmaterialet var, desto høyere var slitasjemotstanden i wolframkarbidseige materialer.

Imidlertid er det funnet at de kjente beleggingsmaterialer ikke er helt effektive med tanke på dreiemomentreduksjon. Forlagede wolframkarbidpartikler er svært harde og de er tilbøyelige til å ødelegge ethvert materiale som kommer i kontakt med dem.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å fremskaffe et materiale som er egnet for å fremstille deler eller belegg, som har høy slitasjemotstand, og som på samme tid forårsaker lav friksjonsmotstand.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å fremskaffe et dreiemomentreduserende utstyr til anvendelse i en borestreng, som hindrer både borehullets fôringsrør og borestrengen fra å utsettes for alvorlig ødeleggelse i tilfelle det oppstår kontakt.

Det er videre et formål med oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte som er egnet til å anvende materialet ifølge oppfinnelsen på en kontaktoverflate med sikte på å forberede hardt bøyelig materiale.

Med henblikk på materialet til å fremstille deler eller belegg tilpasset høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser, oppnås dette formålet ifølge oppfinnelsen ved at nevnte materiale innbefatter forlagede partikler av hardt materiale laget av karbider, som er tilfeldig innlemmet i en matriks av et relativt bløtt grunnmateriale, der nevnte karbidpartikler er forlagede sfæriske partikler med en hardhet i området mellom 1000 and 2000 HV/10 og nevnte materiale er en Ni-basert legering som i tillegg innbefatter C, Cr, Mo, Fe, Si, B, og Cu i følgende områder (i vekt-%):

C 0,005 - 1,0

Cr 10.0 - 26,0

Mo 8,0 - 22,0

Fe 0,1 - 10,0

Si 3,0 - 9,0

B 1,0 - 5,0

Cu 0,1 - 5,0

Her representerer enheten “HV10” den såkalte “Vickers hardhet”, evaluert ved å anvende en Vickers hardhets testmaskin med å anvende en 10 kg kraft.

Fremgangsmåten for å måle hardheten ifølge Vickers er spesifisert i DIN EN ISO 6507-1. Testmetoder for evaluering av mikrohardhet av metallbelegg er spesifisert i DIN ISO 4516. For å konvertere et Vickers hardhetstall til MPa (SI enhet) er multiplikasjon med 9,807 passende.

Materialet ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved et grunnmateriale som spesifisert ovenfor, som danner en relativt myk matriks sammenliknet med hardheten til de forlagede karbidpartiklene innesluttet i denne. Nikkel utgjør balansen i sammensetningen gitt ovenfor i tillegg til uunngåelige forurensninger; valgfritt komponenter av mindre betydning kan være inkludert. Anvendelsen av Ni-baserte legeringer med additiver av krom og molybden for å gi beskyttelse mot slitasje og korrosjon har vært kjent lenge. Slike legeringer er omtalt for eksempel i de ovenfor siterte US patent nr 6027 583 A, US patent nr 6187 115 A og US 6322 857 A.

Legeringene viste en forbedret motstand mot slitasje og korrosjon, men slike legeringer er relativt myke, slik at slikt materiale ikke er vurdert å være fordelaktig for dreiemomentreduksjon. Derfor er det spesielt relevant at det er innesluttet sfæriske karbidpartikler i grunnmaterialet. På grunn av en normal friksjonskontakt med ethvert strukturelement, slites den relativt myke grunnmaterialet gradvis inntil tilslutt noen av de harde partiklene stikker frem gjennom overflaten. Følgelig reduseres kontaktarealet mellom strukturelementet og materialet ifølge oppfinnelsen, og resulterer i en lav friksjonskoeffisient.

Med sikte på å unngå ødeleggelse av strukturelementer som kommer i kontakt med overflaten til materialet ifølge oppfinnelsen, er det funnet avgjørende at i tilfellet med harde partikler i form av karbider, at disse er laget av forlagede karbidpartikler dispergert i grunnmaterialet. På grunn av den sfæriske formen på de harde partiklene minimaliseres ødeleggelsen av strukturelementene. På den annen side motstår de harde partiklene selv stort sett enhver slitasje, og bidrar dermed til en høy slitasjemotstand i materialet alt i alt. Videre, i tilfellet med kontakt med et strukturelement, virker den relativt myke matrikssammensetningen normalt som en buffer, og forhindrer alvorlig ødeleggelse av strukturelementet, så vel som av materialet selv og deler tilliggende dette.

Imidlertid er det funnet at deler eller belegg inneholdende wolfram karbidpartikler - som med de kjente materialene nevnt ovenfor – ødelegger ethvert kontaktmateriale på grunn av hardheten til wolfram karbidpartiklene innesluttet i det. Vickers hardhet av wolfram karbidpartikler er ca 2200 HV/10. Betydelig bedre resultater i lys av dreiemomentreduksjon og ødeleggelsesoppførsel ble funnet med et materiale som inkluderer forlagede karbidpartikler med hardhet som er henholdsvis lav, nemlig i området mellom 1000 og 2000 HV/10 kombinert med et grunnmateriale som spesifisert ovenfor.

Det kan forekomme at karbid utfelles fra en smelte inneholdende eller en fast oppløsning inneholdende store mengder karbon. Imidlertid ble det funnet at en viss mengde slike karbidutfellinger i materialet kan tillates. Imidlertid, best resultater ble funnet hvis alle eller i det minste største delen av de harde karbidpartiklene er forlagede sfæriske partikler dispergert i grunnmaterialet.

Resultatet er et materiale som har høy slitasjemotstand og en lav friksjonskoeffisient på den ene siden og en lav mottakelighet for ødeleggelse på den andre siden. Slike materialer er egnede for å fremskaffe slitasjeresistente og lav dreiemomentoverflater spesielt for hardt bøyelige slitasjeplater, borehullsverktøy, kjedetransportører eller transportskruer. De forlagede sfæriske partiklene er laget av karbider. Karbider av titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal, krom og molybden er termodynamisk stabile, kjemisk resistente, og danner veldig harde partikler. Imidlertid, som forklart ovenfor, er noen av disse karbidene for harde til å gi veldig gode resultater i slitasjemotstands- og lavfriksjonsbelegg.

Derfor har de forlagede karbidpartiklene en hardhet på mindre enn 1800 HV/10 i en foretrukket utførelsesform.

Desto lavere hardhet i de harde partiklene, jo bedre ødeleggelsesoppførsel i lys av ethvert kontaktmateriale.

Kromkarbider er den mest foretrukne i denne henseende.

Vickers hardhet av kromkarbid (CrC) er i området mellom 1100 og 1600 HV/10, avhengig av typen og mengden av metallfase inkludert i partiklene. Et materiale, der de fleste eller alle de harde partiklene består av CrC viser en lav friksjon og en god ødeleggelsesoppførsel på grunn av den relative hardheten til de harde partiklene. I tillegg er kromkarbid en sammensetning som ikke tenderer til å danne oksider ved betingelser med høy temperatur og friksjon. Derfor er dette også en egenskap som bidrar til en friksjonsoppførsel.

Den relative hardheten til CrC partiklene sammenliknet med matriksen er viktig fordi anvendelsen av en “mykere” matriks tillater CrC partiklene å “stå opp” fra overflaten og agere som kontaktpunkter.

Et grunnmateriale med en hardhet i området 35 HRC til 60 HRC er funnet fordelaktig.

Her representerer enheten “HR” den såkalte “Rockwell hardheten”. Det er flere Rockwell skaler for forskjelllige hardhetsområder. Den vanligste er B skalaen (HRB), som er passende for myke metaller, og C skalaen (HRC) for harde metaller.

Fremgangsmåten for å måle hardhet ifølge Rockwell er spesifisert i DIN EN ISO 6508-ASTM E-18. Rockwell hardhetstall er ikke proporsjonale med Vickers hardhetsmålinger, men det eksisterer konverteringstabeller, og ifølge disse korresponderer ovenstående område på 35 til 60 HRC til en Vickers hardhet på mellom 345 og 687 HV/10.

Et veldig hardt grunnmateriale fremviser ikke en buffereffekt som nevnt ovenfor og det er en risiko for at de forlagede karbidpartiklene bryter ut av matriksen. Et for mykt materiale resulterer i en lav slitasjemotstand og lav friksjonsmotstand.

Best resultater ble funnet hvis differansen i hardhet til de forlagede karbidpartiklene og hardheten i matriksmaterialet er i området mellom 500 og 1200 HV/10.

Typisk er vektandelen i de forlagede karbidpartiklene i matriksen i området mellom 5 vekt-% og 50 vekt-%, fortrinnsvis i området mellom 15 vekt-% og 40 vekt-%.

Vektandelen av forlagede karbidpartikler i materialet ifølge oppfinnelsen avhenger av hardheten til matriksen. Et hardt matriksmateriale krever færre forlagede karbidpartikler enn myke matrikser.

I tillegg til vektandeler er vesentlige parametre størrelsen og antallet av de forlagede karbidpartiklene. Best resultater ble funnet der forlagede karbidpartikler har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse mellom 25 µm og 250 µm, fortrinnsvis i området mellom 100 µm og 200 µm.

Med tanke på et dreiemomentreduserende utstyr til anvendelse i en borestreng, oppnås det ovennevnte formål med en dreiemomentreduserende kontaktoverflate av nevnte normalt syllindriske legeme tilpasset for å danne del av en borestreng laget av materialet ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Den dreiemomentreduserende kontaktoverflaten fremskaffes på en del av borestrengen – inkludert beskyttelse (betyr omgir et indre borerør) – eller på en del av den, som er forventet å komme ofte i kontakt med fôringsrøret. Den dreiemomentreduserende kontaktoverflaten fremskaffes med en matriks i relativt mykt materiale, der forlagede karbidpartikler er tilfeldig innesluttet.

På grunn av normal friksjonskontakt med fôringsrøret, slites den relativt myke matriksen gradvis inntil tilslutt noen harde partikler stikker gjennom overflaten.

Følgelig reduseres kontaktarealet mellom fôringsrøret og materialet ifølge oppfinnelsen, og resulterer i en lav friksjonskoeffisient, hvorved det er vesentlig at de fleste karbidpartiklene fremviser en sfærisk form med tanke på å redusere ødeleggelsen av fôringsrøret. På den annen side motstår de harde karbidpartiklene selv stort sett enhver slitasjeprosess, og bidrar dermed til en høy slitasjemotstand i materialet alt i alt. Videre, i tilfellet av en kontakt med fôringsrøret, virker den relativt myke matrikssammensetningen som en buffer og forhindrer alvorlig ødeleggelse på fôringsrøret, så vel som på borestrengen.

De ovenfor forklarte foretrukne utførelsesformer av materialet ifølge oppfinnelsen kan anvendes til materiale til anvendelse for å lage den dreiemomentreduserende kontaktoverflaten i en borestreng.

Den dreiemomentreduserende kontaktoverflaten kan fremskaffes med et strukturelement, som er festet til borestrengen eller til et legeme tilpasset til å danne del av en borestreng. Imidlertid fremskaffes fortrinnsvis kontaktoverflaten i form av et belegg, eller i form av en innsats, som er festet i en utsparing på legemet.

Den mest økonomiske fremgangsmåten for å fremskaffe den dreiemomentreduserende kontaktoverflaten er i form av et lamellbelegg. Ved hjelp av oppfinnelsen er det mulig å fremstille belegg med god motstand mot slitasje, så vel som med en lav friksjonskoeffisient.

Fortrinnsvis har belegget en tykkelse i området 1 til 10 mm, foretrukket 2 til 5 mm.

Alternativt fremskaffes kontaktoverflaten i form av en innsats, som er festet i en utsparing på legemet.

Siden innsatsen er fast koblet til legemet, er det ikke tilbøyelig til å skalle av eller falle ned, og resulterer i en utførelsesform som er karakterisert ved høy pålitelighet. Innsatsen kan ha en ringliknende form.

I en foretrukket utførelsesform er innsatsen formet som et ringelement, som settes inn i utsparingen på legemet.

Med tanke på fremgangsmåten for å fremstille materialet ifølge oppfinnelsen oppnås det ovennevnte formål ifølge oppfinnelsen ved at smeltevarme og smeltetid velges slik at grunnmaterialet smeltes mens hoveddelen av volumet av de forlagede sfæriske karbidpartiklene ikke oppløses i det smeltede grunnmaterialet.

Det er kjent innen teknikken at karbider utfeller fra en smelte inneholdende eller en fast oppløsning inneholdende store mengder karbon. Imidlertid ble det funnet at en viss mengde av slik utfelling i materialet kan tillates, men best resultater ble funnet hvis alle eller i det minste største delen av de harde partiklene er forlagede partikler dispergert i grunnmaterialet og fremviser en sfærisk form.

Derfor, med tanke på å unngå en metning av smeltemassen eller den faste oppløsningen med slike komponenter og etterfølgende utfelling ved kjøling, dispergeres forlagede harde partikler inn i grunnmaterialet, som derved muliggjør en homogen fordeling så vel som tilpassing til en forhåndsbestemt middelstørrelse og størrelsesfordeling av de harde partiklene.

Videre anvendes slik smelte- eller sveiseteknikker ifølge oppfinnelsen, som ikke genererer smeltebetingelser (smeltevarme og smeltetid) som forårsaker total smelting av de forlagede karbidpartiklene. Tvert i mot velges smeltebetingelsene ifølge oppfinnelsen slik at grunnmaterialet smeltes, mens hoveddelen av volumet av de harde partiklene ikke oppløses i det smeltede grunnmaterialet. Dermed er det mulig å beholde de forlagede harde partiklenes form, mengde, størrelse og fordeling i grunnmaterialet.

Med hensyn til dette ble de beste resultatene funnet når smeltingen av råmaterialet gjennomføres med flammesprøyting eller med plasmaoverført buesveising.

Typisk anvendes disse fremgangsmåtene for å avsette belegg på et underlag. Enten er smeltetemperaturen lav nok eller smeltetiden er kort nok (eller begge deler) for å unngå fullstendig smelting av de harde partiklene, mens grunnmaterialet, utsatt for en relativt lav smeltetemperatur, er helt i smeltet tilstand. Slike beleggingsfremgangsmåter er beskrevet, for eksempel i US patent nr.6 322 857 A.

Selvfølgelig tilpasses den ovennevnte beskrevne fremgangsmåten på den best mulig måte til materialet ifølge oppfinnelsen, som er beskrevet mer detaljert ovenfor.

Et eksempel på utførelsesform av oppfinnelsen vil nå illustreres med referanse til figur 1, som illustrerer et dreiemomentreduserende utstyr til anvendelse i en borestreng ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Med referanse til Fig.1, som viser en seksjon av en borestreng 4, har en borekrone ved den lavere ende av denne (ikke vist), som er plassert i et avbøyende borehull 1.

Borestrengen 4 innbefatter borerør 6 sammensatt av mange sammenføyninger av rør som er forbundet med hverandre med rørkoplinger 8. Sylinderoverflaten til hver av rørkoblingene 8 er fremskaffet med et ringliknende slitasjeresistent belegg 10, som står vinkelrett på den langsgående akse 3 som indikert med den stiplede linjen 5. Veggen i borehullet 1 er fôret med et metallfôringsrør 7.

Det ringliknende slitasjeresistente belegg 10 fremviser en tykkelse på ca 4 mm og en bredde (i den langsgående akseretningen 3) på ca 50 mm. Belegget 10 er sammensatt av forlagede karbidpartikler i form av sfæriske, forlagede CrC-partikler, som er tilfeldig innesluttet i en matriks av en Ni-basert legering. I de følgende foretrukne sammensetningene av det ringliknende slitasjeresistente belegget 10 og noen foretrukne fremstillingsfremgangsmåter forklares med to eksempler ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

Det volumetriske innhold i CrC partikler med hardhet på ca 1500 HV/10 er ca 30 vol-%. Gjennomsnittlig partikkelstørrelse for CrC partiklene er ca 120 µm.

Den Ni-baserte legering utgjør 70 vol-% av det totale volumet. Det er en legering som beskrevet i U.S. patent nr 6027 583 A. I tillegg til nikkel innbefatter den øvrige bestanddeler i de følgende legeringsområder (hver i vekt-%): C: 0,01 – 0,5; Cr: 14,0 – 20,5; Mo: 12,0 – 18,5; Fe: 0,5- 5,0; Si: 3,0- 6,5; B: 1,5 – 3,5 og Cu: 1,5 – 4,0.

Foretrukket er innholdet av de øvrige bestanddeler i de følgende legeringsområder (hver i vekt-%):C: 0,05 – 0,3; Cr: 15,0 –18,0; Mo: 12,0 – 16,0; Fe: 2,0 - 4.0; Si: 4,5 – 5,5; B: 2,0- 3,0 and Cu: 2,0 – 3,0. Den Ni-baserte legering fremviser en hardhet på ca 50 HRC.

Belegget 10 fremskaffes på en sylindrisk overflate på hver av rørkoplingene 8 med en flammesprøytingsfremgangsmåte ved å anvende en blanding av to pulvere; det første bestående av de forlagede CrC partiklene og det andre er et legeringspulver med sammensetning som gitt ovenfor.

Etter rengjøring av overflaten på rørkoblingen 8, ble den klargjort med blåsing med aluminiumoksid med en kornfordeling på mellom 0,3 og 0,6 mm, og derpå ble et sjikt sprøytet på den, med en sjikttykkelse på 4 mm, ved å anvende en autogen flammespraybrenner. Etter sprayoperasjonen ble sjiktet innsmeltet med en autogen flammespraybrenner og langsomt kjølt ned – med sikte på å unngå oppsprekkinger.

Temperaturen under beleggingsprosessen med flammesprøyting er høy nok til å oppnå en homogen smeltemasse av den Ni-baserte legeringen, men temperaturen er lav nok til å unngå smelting av CrC partiklene.

Eksempel 2

Det volumetriske innholdet av CrC partiklene med en hardhet på ca 1500 HV/10 er ca 20 vol-%. Gjennomsnittlig partikkelstørrelse av CrC partiklene er ca 150 µm.

Den Ni-baserte legeringen utgjør 80 vol-% av det totale volumet. Det innbefatter Ni: 47,75, Cr: 20,5, Mo: 18,5, Si: 4,0, Fe: 1,0, B: 1,5, Cu: 2,0 and C: 0,25. Den Nibaserte legeringen fremviser en hardhet på ca 50 HRC.

Belegget 10 fremskaffes på sylinderoverflaten på hver av rørkoblingene 8 med en plasmaoverført buesveising ved å anvende en blanding av to pulvere; det første bestående av de forlagede CrC partiklene og det andre er legeringspulver med en sammensetning som gitt ovenfor. Oppvarmingstiden under beleggingsprosessen med den plasmaoverførte buesveisefremgangsmåten er lang nok til å oppnå en homogen smeltemasse av den Ni-baserte legeringen, men oppvarmingstiden er kort nok til å unngå fullstendig smelting av CrC partiklene.

Claims (15)

Patentkrav

1. Et materiale for fremstilling av deler eller belegg tilpasset til høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser, der nevnte materiale innbefatter forlagede harde materialpartikler laget av karbider, som er tilfeldig innesluttet i en mattriks av et relativt mykt grunnmateriale, karakterisert ved at nevnte karbidpartikler er forlagede sfæriske partikler med en hardhet i området mellom 1000 og 2000 HV/10 og nevnte grunnmateriale er en Ni-basert legering, som i tillegg innbefatter C, Cr, Mo, Fe, Si, B og Cu i de følgende områder (i vekt-%):

C 0,005 - 1,0

Cr 10,0 - 26,0

Mo 8,0 - 22,0

Fe 0,1 - 10,0

Si 3,0 - 9,0

B 1,0 - 5,0

Cu 0,1 - 5,0

2. Et materiale ifølge krav 1, der de forlagede karbidpartiklene har en hardhet lavere enn 1800 HV/10.

3. Et materiale ifølge krav 1 eller krav 2, der grunnmaterialet har en hardhet i området 35 HRC til 60 HRC.

4. Et materiale ifølge ethvert av de foregående krav, der hardhetsforskjellen i de forlagede karbidpartiklene og grunnmaterialets hardhet er i et område mellom 500 og 1200 HV/10.

5. Et materiale ifølge ethvert av de foregående krav, der de forlagede karbidpartiklene innbefatter kromkarbid.

6. Et materiale ifølge ethvert av de foregående krav, der volumandelen av de forlagede karbidartiklene er i området mellom 5 vol-% og 50 vol-%.

7. Et materiale ifølge krav 6, der volumandelen av de forlagede karbidpartiklene er i området mellom 15 vekt-% og 40 vekt-%.

8. Et materiale ifølge ethvert av de foregående krav, der de forlagede karbidpartiklene har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på mellom 25 µm og 250 µm, fortrinnsvis i området mellom 100 µm og 200 µm.

9. Et dreiemomentreduserende utstyr til anvendelse i en borestreng, innbefattende et normalt sylindrisk legeme tilpasset til å danne del av borestrengen, der nevnte legeme inkluderer en dreiemomentreduserende overflate, karakterisert ved at kontaktoverflaten er laget av et materiale ifølge ethvert av de foregående krav 1 til 8.

10. Et utstyr ifølge krav 9, der kontaktoverflaten er fremskaffet i form av et lamellbelegg på legemet.

11. Et utstyr ifølge krav 10, der belegget har en tykkelse i området 1 til 10 mm, fortrinnsvis 2 til 6 mm.

12. Et utstyr ifølge ethvert av de foregående krav 9 til 11, der kontaktoverflaten er fremskaffet i form av en innsats, som er festet i en utsparing på legemet.

13. Et utstyr ifølge krav 12, der innsatsen er et ringelement.

14. Fremgangsmåte for fremstilling av et materiale tilpasset til å danne deler eller belegg for høy slitasje og friksjonsintensive anvendelser ifølge ethvert av kravene 1 til 9, ved å fremskaffe en blanding av råmateriale i pulverform eller trådform innbefattende forlagede sfæriske karbidpartikler og et grunnmateriale, og derpå følgende smelting av råmaterialet, karakterisert ved at smeltevarmen og smeltetiden velges slik at grunnmaterialet smeltes, mens hoveddelen av volumet av de forlagede karbidpartiklene ikke oppløses i det smeltede grunnmaterialet.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, der smeltingen av råmaterialet gjennomføres med flammesprøyting eller med plasmaoverført buesveising.