RU2719867C2 - Шарошечная буровая коронка - Google Patents

Шарошечная буровая коронка Download PDF

Info

Publication number
RU2719867C2
RU2719867C2 RU2017134653A RU2017134653A RU2719867C2 RU 2719867 C2 RU2719867 C2 RU 2719867C2 RU 2017134653 A RU2017134653 A RU 2017134653A RU 2017134653 A RU2017134653 A RU 2017134653A RU 2719867 C2 RU2719867 C2 RU 2719867C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drill bit
cone drill
hard alloy
equal
roller cone
Prior art date
Application number
RU2017134653A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017134653A (ru
RU2017134653A3 (ru
Inventor
Андерс НОРДГРЕН
Анна ЭКМАРКЕР
Сусанне НОРГРЕН
Original Assignee
Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб filed Critical Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Publication of RU2017134653A publication Critical patent/RU2017134653A/ru
Publication of RU2017134653A3 publication Critical patent/RU2017134653A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2719867C2 publication Critical patent/RU2719867C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/50—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of roller type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердосплавным инструментам для бурения. Шарошечная буровая коронка изготовлена из спеченного твердого сплава, 4-12 мас.% Co, Cr в количестве, обеспечивающем отношение Cr/Co 0,043-0,19, и остаток из WC и неизбежных примесей. Среднее значение размера зерна WC составляет более 1,75 мкм. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, требуемым уровнем ковкости и твердости для выдерживания циклической ударной нагрузки. 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл., 7 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к шарошечным буровым коронкам, содержащим тело, сделанное из спеченного твердого сплава, который содержит твердые составные части карбида вольфрама (WC) в фазе связующего вещества, содержащей Со, причем этот твердый сплав содержит 4-12 мас.% Со с остатком из WC и неизбежных примесей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Бурение по коренным породам является технической областью, в который коронки, которые используются с целью вскрытия пласта горной породы, подвергаются как серьезной коррозии, так и повторяющимся ударам благодаря самой природе бурения. Различные методики бурения приводят к различным динамическим нагрузкам на коронках. Особенно серьезные ударные условия создаются в таких приложениях, в которых шарошечные буровые коронки устанавливаются в теле шарошечного бурового долота устройства наземного пневмоударника (TH) или устройства погружного пневмоударника (DTH). Условия, которым шарошечные буровые коронки подвергаются во время бурения по коренным породам, также требуют, чтобы шарошечные буровые коронки имели предопределенную теплопроводность для того, чтобы предотвращать их нагрев до слишком высокой температуры.
Традиционно шарошечные буровые коронки могут состоять из тела, сделанного из спеченного твердого сплава, который содержит твердые составные части из карбида вольфрама (WC) в фазе связующего вещества, содержащей кобальт (Со).
Настоящее изобретение нацелено на исследование возможности добавления хрома к дополнительным компонентам спеченного твердого сплава перед прессованием и спеканием упомянутого карбида, а также на исследование того, потребует ли такое дополнительное добавление дальнейшей модификации спеченного карбида для того, чтобы получить функциональную шарошечную буровую коронку, сделанную из него.
В технической области режущих вставок для резания металлов, таких как раскрытые, например, в патентном документе EP 1803830, было предложено включать хром в режущие вставки, сделанные из спеченного твердого сплава, содержащего WC и кобальт, с целью уменьшения роста зерна WC во время процесса спекания. Предотвращение роста зерна WC будет способствовать твердости и прочности вставки. Однако твердый сплав, имеющий мелкозернистый WC, не является подходящим для бурения по коренным породам, поскольку он в большинстве случаев является слишком хрупким и имеет более низкую теплопроводность по сравнению с крупнозернистым твердым сплавом. Ударное бурение по коренным породам требует твердого сплава, который имеет достаточный уровень ударной вязкости. Предположительно добавление хрома в дополнение к уменьшению размера зерна твердого сплава делает фазу связующего вещества тверже, что также уменьшает полную ударную вязкость.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предложить шарошечную буровую коронку, улучшенную по сравнению с шарошечными буровыми коронками предшествующего уровня техники, сделанную из твердого сплава, состоящего из WC и Co, в том смысле, что они имеют улучшенную коррозионную стойкость, которая уменьшает износ в условиях мокрого бурения. Тем не менее, твердый сплав должен иметь приемлемые твердость и ковкость для того, чтобы выдерживать повторяющуюся ударную нагрузку, воздействию которой он будет подвергаться во время использования. Другими словами, он не должен быть слишком хрупким.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения решается посредством шарошечной буровой коронки, содержащей тело, сделанное из спеченного твердого сплава, который содержит твердые составные части из карбида вольфрама (WC) в фазе связующего вещества, содержащей Со, причем этот твердый сплав содержит 4-12 мас.% Со с остатком из WC и неизбежных примесей, отличающейся тем, что упомянутый твердый сплав также содержит Cr в таком количестве, что отношение Cr/Co находится внутри диапазона 0,043-0,19, и что среднее значение размера зерна WC составляет более 1,75 мкм. Другими словами, твердый сплав состоит из 4-12 мас.% Со, такого количества Cr, что соотношение между массовым процентом Cr и массовым процентом Со находится в диапазоне 0,043-0,19, и остатка из WC и неизбежных примесей, причем среднее значение размера зерна WC составляет более 1,75 мкм (при определении способом, описанным в разделе Примеров в настоящем документе). В соответствии с одним вариантом осуществления размер зерна WC составляет более 1,8 мкм, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления он составляет более 2,0 мкм. Предпочтительно по меньшей мере главная часть шарошечной буровой коронки, и предпочтительно ее активная часть, входящая в зацепление с горной породой, содержит твердый сплав, который имеет определенные выше и/или ниже особенности, которые являются существенными для настоящего изобретения. В соответствии с одним вариантом осуществления шарошечная буровая коронка содержит твердый сплав с определенными выше и/или ниже особенностями во всем ее теле. Шарошечная буровая коронка производится посредством процесса, в котором порошок, содержащий элементы твердого сплава, размалывается и уплотняется в прессовку, которая затем спекается.
Добавление Cr приводит к улучшению коррозионной стойкости связующей фазы Со, что уменьшает износ в условиях мокрого бурения. Cr также делает связующую фазу склонной к преобразованию из гранецентрированной кубической решетки (fcc) в гексагональную решетку с плотной упаковкой (hcp) во время бурения, что будет поглощать часть энергии, образующейся во время бурения. Это преобразование будет тем самым упрочнять связующую фазу и уменьшать износ коронки во время ее использования. Если отношение Cr/Co будет слишком низким, то упомянутые положительные эффекты Cr будут слишком малыми. С другой стороны, если отношение Cr/Co будет слишком высоким, будет происходить формирование карбидов хрома, в которых растворяется кобальт, посредством чего количество связующей фазы будет уменьшаться, и твердый сплав станет слишком хрупким. При среднем значении размера зерна WC более 1,75 мкм, или более 1,8 мкм, или более 2,0 мкм достигается достаточная теплопроводность и нехрупкость твердого сплава. Если размер зерна WC является слишком большим, спекание материала становится затруднительным. Следовательно, предпочтительно, чтобы среднее значение размера зерна WC составляло меньше чем 15 мкм, предпочтительно меньше чем 10 мкм.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления отношение Cr/Co равно или больше чем 0,075.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления отношение Cr/Co равно или больше чем 0,085.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления отношение Cr/Co равно или меньше чем 0,15.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления отношение Cr/Co равно или меньше чем 0,12.
Предпочтительно содержание Cr в упомянутом твердом сплаве равно или больше чем 0,17 мас.%, предпочтительно равно или больше чем 0,4 мас.%.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления содержание Cr в упомянутом твердом сплаве равно или меньше чем 2,3 мас.%, предпочтительно равно или меньше чем 1,2 мас.%. Кобальт, формирующий связующую фазу, должен подходящим образом быть в состоянии растворять весь хром, присутствующий в спеченном твердом сплаве, при температуре 1000°C.
В твердом сплаве может присутствовать вплоть до менее чем 3 мас.%, предпочтительно вплоть до менее чем 2 мас.% карбидов хрома. Однако предпочтительно Cr присутствует в связующей фазе в виде его раствора в кобальте. Предпочтительно весь хром растворяется в кобальте, и спеченный твердый сплав по существу не содержит карбидов хрома. Предпочтительно для того, чтобы избежать образования таких карбидов хрома, отношение Cr/Co должно быть достаточно низким, чтобы гарантировать, что максимальное содержание хрома не превышает предела растворимости хрома в кобальте при температуре 1000 °C. Предпочтительно спеченный твердый сплав не содержит графита, а также не содержит η-фазы. Для того, чтобы избежать образования карбида хрома или графита в связующей фазе, количество добавленного углерода должно быть достаточно низким.
Шарошечная буровая коронка по настоящему изобретению не должна быть склонной к поломке из-за проблем, связанных с хрупкостью. Следовательно, твердый сплав шарошечной буровой коронки в соответствии с настоящим изобретением имеет твердость не выше чем 1500 HV3.
В соответствии с одним вариантом осуществления шарошечные буровые коронки в соответствии с настоящим изобретением устанавливаются в теле шарошечного бурового долота устройства наземного пневмоударника (TH) или устройства погружного пневмоударника (DTH). Настоящее изобретение также относится к устройству шарошечного долота, в частности к устройству наземного пневмоударника или к устройству погружного пневмоударника, а также к использованию шарошечной буровой коронки в соответствии с настоящим изобретением в таком устройстве.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, в твердом сплаве присутствует карбид M7C3. В этом случае M представляет собой комбинацию Cr, Co и W, то есть эту формулу можно записать как (Cr,Co,W)7C3. Растворимость Со может достигать 38 ат.% содержания металлов в карбиде M7C3. Точный баланс Cr:Co:W определяется полным содержанием углерода в твердом сплаве. Подходящее отношение Cr/M7C3 (Cr в мас.%, а M7C3 в об.%) в твердом сплаве равно или больше 0,05, или равно или больше 0,1, или равно или больше 0,2, или равно или больше 0,3, или равно или больше 0,4. Подходящее отношение Cr/M7C3 (Cr в мас.%, а M7C3 в об.%) в твердом сплаве равно или меньше 0,5, или равно или меньше 0,4. Содержание M7C3 определяется в об.%, поскольку именно так оно измеряется на практике. Это удивительно, но ожидаемые отрицательные эффекты за счет присутствия M7C3 при бурении по коренным породам не были отмечены. Такими отрицательными эффектами при бурении по коренным породам могли бы являться хрупкость твердого сплава благодаря дополнительному карбиду, а также уменьшенная ударная вязкость благодаря снижению содержания связующей фазы (Со), когда формируется M7C3. Таким образом, приемлемый диапазон содержания углерода во время производства твердого сплава может быть более широким, поскольку присутствие M7C3 может быть приемлемым. Это является большим производственным преимуществом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры будут представлены со ссылками на приложенные чертежи, в которых:
Фиг. 1a-1c показывают спеченную структуру материалов тестовых образцов, обозначенных как FFP121, FFP256 и FFP186, посредством оптических изображений поперечных сечений образцов, отполированных с помощью обычных для твердого сплава способов, причем окончательная полировка выполнялась с использованием алмазной пасты с размером зерен 1 мкм, нанесенной на мягкую ткань.
Фиг. 2 изображает схематическое представление геометрии шарошечной буровой коронки, используемой при тестировании.
Фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую изменение диаметра долота во время бурения для сравнительного примера 1, обозначенного как FFP122, и для примера 2 настоящего изобретения, обозначенного как FFP121.
Фиг. 4 показывает кривые ползучести для сравнительного примера 1, обозначенного как FFP122, и для примера 2 настоящего изобретения, обозначенного как FFP121 (приложенное давление 900 МПа, температура 1000C).
ПРИМЕРЫ
Пример 1, сравнительный
Материал с 6,0 мас.% Со и остатком из WC был приготовлен в соответствии с установленными процессами получения твердого сплава. 26,1 кг WC, 1,72 кг Со и 208 г W в порошковом виде размалывались в шаровой мельнице в течение 11,5 час. Во время размалывания 16,8 г C были добавлены для того, чтобы достичь желаемого содержания углерода. Размалывание выполнялось во влажных условиях с использованием этанола с добавлением 2 мас.% полиэтиленгликоля (PEG 80) в качестве органического связующего вещества, а также 120-килограммовых мелющих цилиндров из WC-Co в мельнице объемом 30 л. После размалывания густая суспензия была высушена распылением в атмосфере N2. Сырые тела были произведены путем одноосного прессования и спекались с использованием горячего изостатического прессования (HIP) при давлении аргона 55 бар и температуре 1410°C в течение 1 час.
Свойства спеченного материала показаны в таблице 1.
Размер зерна WC перед размалыванием, измеренный с помощью FSSS, составил 5,6 мкм.
Пример 2, по настоящему изобретению
Материал с 6,0 мас.% Co, 0,6 мас.% Cr и остатком из WC был приготовлен в соответствии с установленными процессами получения твердого сплава. 25,7 кг WC, 1,72 кг Со, 195 г Cr3C2 и 380 г W в порошковом виде размалывались в шаровой мельнице в течение 13,5 час. Во время размалывания 28,0 г C были добавлены для того, чтобы достичь желаемого содержания углерода. Размалывание выполнялось во влажных условиях с использованием этанола с добавлением 2 мас.% полиэтиленгликоля (PEG 80) в качестве органического связующего вещества, а также 120-килограммовых мелющих цилиндров из WC-Co в мельнице объемом 30 л. После размалывания густая суспензия была высушена распылением в атмосфере N2. Сырые тела были произведены путем одноосного прессования и спекались с использованием горячего изостатического прессования (HIP) при давлении аргона 55 бар и температуре 1410°C в течение 1 час.
Состав после спекания показан в Таблице 1 и обозначен как FFP121, а спеченная структура показана на Фиг. 1a. Этот материал по существу не содержит выделений карбида хрома.
Размер зерна WC перед размалыванием, измеренный с помощью FSSS, составил 6,25 мкм.
Таблица 1. Свойства материалов примеров 1-3.
Материал
FFP122 FFP121 FFP256
Со (мас.%) 6,09 6,17 -
Cr (мас.%) - 0,59 -
C (мас.%) 5,71 5,77 -
W (мас.%) 88,2 87,5 -
Hc (кA/м) 9,9 9,8 6,9
Магнитное насыщение (Тл*м3/кг) 112×10-7 99×10-7 152×10-7
Плотность (г/см3) 14,98 14,83 14,27
Пористость A00B00C00 A00B00C00 A00B00C00
Hv3 1402 1393 1157
K1c* 12,4 11,2 -
* вязкость разрушения по Палмквисту в соответствии со стандартом ISO/DIS 28079
Пример 3, по настоящему изобретению
Материал с 11,0 мас.% Co, 1,1 мас.% Cr и остатком из WC был приготовлен в соответствии с установленными процессами получения твердого сплава. 37,7 кг WC, 3,15 кг Со, 358 г Cr3C2 и 863 г W в порошковом виде размалывались в шаровой мельнице в течение 9 час. Во время размалывания 19,6 г C были добавлены для того, чтобы достичь желаемого содержания углерода. Размалывание выполнялось во влажных условиях с использованием этанола с добавлением 2 мас.% полиэтиленгликоля (PEG 40) в качестве органического связующего вещества, а также 120-килограммовых мелющих цилиндров из WC-Co в мельнице объемом 30 л. После размалывания густая суспензия была высушена распылением в атмосфере N2. Сырые тела были произведены путем одноосного прессования и спекались с использованием горячего изостатического прессования (HIP) при давлении аргона 55 бар и температуре 1410°C в течение 1 час.
Свойства спеченного материала (обозначен как FFP256) показаны в таблице 1, а структура показана на Фиг. 1b. Этот материал по существу не содержит выделений карбида хрома.
Размер зерна WC перед размалыванием, измеренный с помощью FSSS, составил 15,0 мкм.
Размеры зерна WC спеченных образцов Примеров 1-3
Размер зерна WC спеченных материалов FFP121, FFP122 и FFP256 (примеры 1-3) определялся по микрофотографиям со сканирующего электронного микроскопа (SEM), показывающим репрезентативные поперечные сечения этих материалов. Окончательная стадия приготовления образцов заключалась в полировке с использованием алмазной пасты с размером зерен 1 мкм, нанесенной на мягкую ткань, с последующим травлением по Мураками. Микрофотографии SEM были получены в режиме обратного рассеяния электронов при увеличении 2000X, напряжении 15 кВ и рабочем расстоянии ~10 мм.
Измерялась общая площадь поверхности изображения, и количество зерен подсчитывалось вручную. Для того, чтобы устранить влияние зерен, попавших на рамку микрофотографии, все зерна вдоль двух сторон включались в анализ, а зерна на двух противоположных сторонах полностью исключались из анализа. Средний размер зерна вычислялся путем умножения общей площади изображения на аппроксимированную объемную долю WC и деления на количество зерен. Также вычислялись диаметры эквивалентной окружности (диаметр круга с площадью, эквивалентной среднему размеру зерна). Следует отметить, что показанные диаметры зерна справедливы для случайных двумерных поперечных сечений этих зерен, и не являются истинными диаметрами трехмерного зерна. Таблица 2 показывает результаты.
Таблица 2
Материал образца Размер зерна WC
(Диаметр эквивалентной окружности)
FFP122 (В соответствии с примером 1) 1,8 мкм
FFP121 (В соответствии с примером 2) 2,1 мкм
FFP256 (В соответствии с примером 3) 2,5 мкм
Пример 4, вне настоящего изобретения
Материал с 11,0 мас.% Co, 1,1 мас.% Cr и остатком из WC был приготовлен в соответствии с установленными процессами получения твердого сплава. 87,8 г WC, 11,3 г Со, 1,28 г Cr3C2 и 0,14 г С в порошковом виде размалывались в шаровой мельнице в течение 8 час. Размалывание выполнялось во влажных условиях с использованием этанола с добавлением 2 мас.% полиэтиленгликоля (PEG 80) в качестве органического связующего вещества, а также 800-граммовых мелющих цилиндров из WC-Co. После размалывания густая суспензия была высушена в сушильной сковороде с мешалкой, и заготовки были произведены путем одноосного прессования и спекались с использованием горячего изостатического прессования (HIP) при давлении аргона 55 бар и температуре 1410°C в течение 1 час.
Спеченная структура, обозначенная как FFP186, показана на Фиг. 1c. Спеченный материал содержит как карбид хрома, так и выделения графита благодаря чрезмерному количеству добавленного углерода, и таким образом находится вне рамок настоящего изобретения. В соответствии с настоящим изобретением выделения карбида хрома являются возможными при условии, что их содержание составляет менее 3 мас.%, предпочтительно менее 2 мас.%. Однако, выделения графита не допускаются.
Размер зерна WC перед размалыванием, измеренный с помощью FSSS, составил 15,0 мкм.
Пример 5
Вставки бурового долота (шарошечные буровые коронки) прессовались и спекались в соответствии с описанием в примере 1 и примере 2 соответственно. Эти вставки были обработаны в барабане в соответствии со стандартными процедурами, известными в данной области техники, и после этого были установлены в буровое долото Ø48 мм с 3 передними вставками (Ø9 мм, со сферическим фронтом) и 9 калибрующими вставками (Ø10 мм, со сферическим фронтом). Армированные карбидами вольфрама буровые коронки были установлены путем нагрева стального долота и вставления карбидных вставок.
Эти долота были протестированы на месторождении в северной Швеции. В качестве испытательной установки использовалась Atlas Copco с двойной поперечной рамой Jumbo©, оборудованная пневмоударниками AC3038 или AC2238. Бурение выполнялось с одним долотом в соответствии с примером 2 (по настоящему изобретению, обозначено как FFP121), и одним сравнительным долотом в соответствии с примером 1 (сравнительный пример, обозначенный как FFP122) одновременно, по одному на каждой раме. После бурения примерно 20-25 м (~4-5 скважин) каждым долотом была произведена их замена левой и правой рамой для того, чтобы минимизировать эффект изменяющихся условий горной породы, и еще ~20-25 м было пробурено каждым долотом. Затем долота были перезаточены для того, чтобы восстановить сферические фронты, прежде чем продолжить бурение. Долота эксплуатировались до конца их срока службы из-за слишком малого диаметра (<45,5 мм).
Износ диаметра долота был главной мерой эффективности карбида. Диаметр долота измерялся до и после бурения (перед заточкой), измерялись все три диаметра между противоположными калибрующими вставками, и самое большое из этих трех значений принималось в качестве диаметра долота.
Результаты испытаний показывают, что карбид в соответствии с настоящим изобретением износился меньше, чем сравнительный материал, см. Таблицу 3. Долота FFP121 прошли в среднем 576 м на долото по сравнению с 449 м для сравнительного долота FFP122.
Полный износ диаметра во время всего бурения для каждого долота показан на Фиг. 2. Следует отметить, что уменьшение диаметра благодаря потерям на перезаточку не включалось. Сравнительный материал FFP122 изнашивался на 0,0055 мм на каждый метр бурения, в то время как материал по настоящему изобретению FFP121 изнашивался всего лишь на 0,0035 мм на каждый метр бурения. Эти числа были инвертированы для того, чтобы получить длину бурения на миллиметр износа буровой коронки; при этом сравнительная коронка проходила ~183 м скважины на 1 мм износа буровой коронки, а коронка по настоящему изобретению - ~286 м скважины на 1 мм износа буровой коронки.
Таблица 3. Результаты полевых испытаний всех проверенных долот.
Долота со сравнительным карбидом в соответствии с примером 1 (FFP122) Долота с карбидом в соответствии с примером 2 по настоящему изобретению (FFP121)
№ долота Общая длина бурения (м) Общий износ диаметра долота во время бурения (мм) Общий износ диаметра долота во время бурения и перезаточки (мм) № долота Общая длина бурения (м) Общий износ диаметра долота во время бурения (мм) Общий износ диаметра долота во время бурения и перезаточки (мм)
1 507 2,27 4,43 21 598,5 1,99 4,09
2 462 2,36 3,91 22 325* 0,81 1,91
3 470 2,32 3,94 23 721,1 1,62 3,98
4 450,5 2,16 3,97 24 525,7 1,76 3,99
5 374,5 2,89 4,28 25 508,7 1,82 3,78
6 332 2,32 3,9 26 561,2 2,09 3,96
7 450,6 2,31 4,06 27 536,8 1,94 4,05
8 497,4 3,16 4,72 28 583,1 1,85 4,0
9 437,1 2,42 3,89 29 574,2 2,66 4,0
10 513,7 2,66 3,98 30 578,7 2,69 4,24
* Долото № 22 было потеряно из-за поломки и таким образом было исключено из вычисления среднего количества метров на долото.
Фиг. 2. Изменение диаметра долота во время бурения.
Пример 6
Были подготовлены тестовые твердые стержни в соответствии со сравнительным примером 1, обозначенным как FFP122, и примером 2 по настоящему изобретению, обозначенным как FFP121, за исключением того, что в этом примере сырые тела прессовались в прессе с сухим мешком. Эти стержни были произведены для того, чтобы проверить высокотемпературную прочность ползучести при сжатии сравнительного примера 1 и примера 2 по настоящему изобретению.
Температура во время тестирования составляла 1000°C, а напряжение - 900 МПа. Были получены следующие результаты (см. Таблицу 4):
Таблица 4
Деформация (%) Необходимое время (с)
Сравнительный пример (FFP122) Пример по настоящему изобретению (FFP121)
10% 850 2320
20% 1320 3220
Было протестировано всего 4 тестовых образца каждого материала, два с 10%-ой деформацией и два с 20%-ой деформацией. В качестве защитного газа использовался аргон.
Результаты показаны на Фиг. 3. Вставки для бурового долота в соответствии с настоящим изобретением показали лучшую эффективность, чем вставки для бурового долота в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Пример 7. Тестирование абразивного износа
Вставки шарошечного бурового долота (Ø10 мм, со сферическим фронтом) в соответствии с примерами 1 и 2 были протестированы в испытании на абразивный износ, где образцы венцов изнашиваются при контакте с поверхностью вращающегося гранитного блока. В этом тесте нагрузка, приложенная к каждой вставке, составляла 200 Н, скорость вращения составляла 270 об/мин, и горизонтальная скорость подачи составляла 0,339 мм/об. Расстояние скольжения в каждом тесте было установлено равным 230 м, и образец охлаждался непрерывным потоком воды. Оценивалось по три образца каждого материала, и каждый образец тщательно взвешивался до и после теста. Потеря объема образца вычислялась по измеренной потере массы и плотности образца, и служила в качестве меры износа.
Испытание на абразивный износ ясно показывает значительно увеличенное сопротивление износу для материала в соответствии с настоящим изобретением (FFP121) по сравнению со сравнительным материалом FFP122, см. результаты в Таблице 5.
Таблица 5. Результаты испытаний на абразивный износ.
Материал образца Объемный износ каждого образца (мм3) Средний объемный износ (мм3) Среднеквадратичное отклонение объемного износа (мм3)
FFP122
(В соответствии с примером 1)		 0,28
0,27
0,29		 0,28 0,01
FFP121
(В соответствии с примером 2)		 0,17
0,20
0,20		 0,19 0,02

Claims (15)

1. Шарошечная буровая коронка, содержащая тело, выполненное из спеченного твердого сплава, который содержит твердые составные части карбида вольфрама (WC) в фазе связующего вещества, содержащей Со, причем этот твердый сплав содержит
4-12 мас.% Co, Cr и
остаток из WC и неизбежных примесей,
отличающаяся тем, что
упомянутый твердый сплав содержит Cr в таком количестве, что отношение Cr/Co находится внутри диапазона 0,043-0,19, причем среднее значение размера зерна WC составляет более 1,75 мкм, и твердый сплав не содержит графита.
2. Шарошечная буровая коронка по п. 1, отличающаяся тем, что среднее значение размера зерна WC составляет более 2,0 мкм.
3. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отношение Cr/Co равно или больше чем 0,075.
4. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отношение Cr/Co равно или больше чем 0,085.
5. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отношение Cr/Co равно или меньше чем 0,15.
6. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отношение Cr/Co равно или меньше чем 0,12.
7. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержание Cr в упомянутом твердом сплаве равно или больше чем 0,17 мас.%, предпочтительно равно или больше чем 0,4 мас.%.
8. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержание Cr в упомянутом твердом сплаве равно или меньше чем 2,3 мас.%, предпочтительно равно или меньше чем 1,2 мас.%.
9. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что Cr присутствует в связующей фазе в виде его раствора в кобальте.
10. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что связующая фаза по существу не содержит карбида хрома.
11. Шарошечная буровая коронка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый твердый сплав имеет твердость не выше чем 1500 HV3.
RU2017134653A 2015-03-26 2016-03-23 Шарошечная буровая коронка RU2719867C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15160962 2015-03-26
EP15160962.5 2015-03-26
PCT/EP2016/056403 WO2016151025A1 (en) 2015-03-26 2016-03-23 A rock drill button

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017134653A RU2017134653A (ru) 2019-04-05
RU2017134653A3 RU2017134653A3 (ru) 2019-09-25
RU2719867C2 true RU2719867C2 (ru) 2020-04-23

Family

ID=52779539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017134653A RU2719867C2 (ru) 2015-03-26 2016-03-23 Шарошечная буровая коронка

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10895001B2 (ru)
EP (1) EP3274482B1 (ru)
CN (1) CN107636249B (ru)
AU (1) AU2016236146B2 (ru)
BR (1) BR112017020529B1 (ru)
CA (1) CA2979505C (ru)
CL (1) CL2017002412A1 (ru)
DK (1) DK3274482T3 (ru)
ES (1) ES2761625T3 (ru)
MX (1) MX2017012209A (ru)
PE (1) PE20180109A1 (ru)
PL (1) PL3274482T3 (ru)
RU (1) RU2719867C2 (ru)
WO (1) WO2016151025A1 (ru)
ZA (1) ZA201706160B (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE541073C2 (en) * 2016-11-18 2019-03-26 Epiroc Drilling Tools Ab Drill bit insert for percussive rock drilling
ES2947357T3 (es) * 2018-03-27 2023-08-07 Sandvik Mining And Construction Tools Ab Inserto de perforación de rocas
CN114147228B (zh) * 2021-11-03 2024-02-13 浙江恒成硬质合金有限公司 一种硬质合金顶锤混合料制备方法
CN116752024A (zh) * 2023-08-21 2023-09-15 包头市新盛粉末冶金制品科技有限公司 一种碳化钨超耐磨硬质合金及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6514456B1 (en) * 1999-10-12 2003-02-04 Plansee Tizit Aktiengesellschaft Cutting metal alloy for shaping by electrical discharge machining methods
US20060093859A1 (en) * 2002-07-10 2006-05-04 Igor Konyashin Hard metal, in particular for cutting stone, concrete, and asphalt
RU53354U1 (ru) * 2005-11-16 2006-05-10 Лев Христофорович Балдаев Шарошка
US20120144753A1 (en) * 2009-08-20 2012-06-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cemented carbide and cutting tool using same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9004123D0 (sv) * 1990-12-21 1990-12-21 Sandvik Ab Diamantimpregnerat haardmaterial
US5305840A (en) * 1992-09-14 1994-04-26 Smith International, Inc. Rock bit with cobalt alloy cemented tungsten carbide inserts
DE19907749A1 (de) * 1999-02-23 2000-08-24 Kennametal Inc Gesinterter Hartmetallkörper und dessen Verwendung
SE519005C2 (sv) * 1999-03-26 2002-12-17 Sandvik Ab Belagt hårdmetallskär
US6660133B2 (en) * 2002-03-14 2003-12-09 Kennametal Inc. Nanolayered coated cutting tool and method for making the same
JP3762777B1 (ja) 2004-10-19 2006-04-05 住友電気工業株式会社 超硬合金
JP5023448B2 (ja) * 2005-07-27 2012-09-12 株式会社タンガロイ ｃＢＮ工具
SE0602812L (sv) * 2006-12-27 2008-06-28 Sandvik Intellectual Property CVD-belagt hårdmetallskär för seghetskrävande korthålsborrningsoperationer
SE0701320L (sv) * 2007-06-01 2008-12-02 Sandvik Intellectual Property Belagd hårdmetall för formverktygsapplikationer
EP2434086B1 (en) * 2010-09-22 2013-05-15 Sandvik Intellectual Property AB A rock drill bit and a drilling assembly for percussive rock drilling
GB201108975D0 (en) * 2011-05-27 2011-07-13 Element Six Ltd Superhard structure, tool element and method of making same
KR20190120394A (ko) * 2011-10-17 2019-10-23 하이페리온 매터리얼즈 앤드 테크놀로지스 (스웨덴) 에이비 공진 음향 믹서를 사용함으로써 초경합금 또는 서멧 분말을 제조하는 방법
JP5152770B1 (ja) * 2012-02-20 2013-02-27 有限会社Ｍｔｓ 強靭超硬合金の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6514456B1 (en) * 1999-10-12 2003-02-04 Plansee Tizit Aktiengesellschaft Cutting metal alloy for shaping by electrical discharge machining methods
US20060093859A1 (en) * 2002-07-10 2006-05-04 Igor Konyashin Hard metal, in particular for cutting stone, concrete, and asphalt
RU53354U1 (ru) * 2005-11-16 2006-05-10 Лев Христофорович Балдаев Шарошка
US20120144753A1 (en) * 2009-08-20 2012-06-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cemented carbide and cutting tool using same

Also Published As

Publication number Publication date
MX2017012209A (es) 2018-01-23
BR112017020529A2 (pt) 2018-07-10
RU2017134653A (ru) 2019-04-05
AU2016236146B2 (en) 2020-09-03
RU2017134653A3 (ru) 2019-09-25
EP3274482A1 (en) 2018-01-31
DK3274482T3 (da) 2020-01-06
EP3274482B1 (en) 2019-09-18
ZA201706160B (en) 2022-08-31
ES2761625T3 (es) 2020-05-20
CL2017002412A1 (es) 2018-03-16
AU2016236146A1 (en) 2017-09-28
WO2016151025A1 (en) 2016-09-29
BR112017020529B1 (pt) 2021-10-19
PE20180109A1 (es) 2018-01-18
CA2979505A1 (en) 2016-09-29
CA2979505C (en) 2023-07-04
US10895001B2 (en) 2021-01-19
PL3274482T3 (pl) 2020-06-15
CN107636249B (zh) 2020-10-30
US20180073108A1 (en) 2018-03-15
CN107636249A (zh) 2018-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2719867C2 (ru) Шарошечная буровая коронка
US20190368011A1 (en) Cemented carbide material and method of making same
RU2746537C2 (ru) Вставка долота для бурения
ES2459923T3 (es) Punzón de carburo cementado
US10336654B2 (en) Cemented carbide with cobalt-molybdenum alloy binder
Novikov et al. Composite materials of diamond−(Co–Cu–Sn) system with improved mechanical characteristics. Part 1. The influence of hot re-pressing on the structure and properties of diamond−(Co–Cu–Sn) composite
US20110195834A1 (en) Wear Resistant Two-Phase Binderless Tungsten Carbide and Method of Making Same
US11047026B2 (en) Cemented carbide material
US7682557B2 (en) Multiple processes of high pressures and temperatures for sintered bodies
CA3036752C (en) A rock drill insert
WO2024012930A1 (en) Rock drill insert
CN117677453A (zh) 用于采矿或切削应用的含有γ相碳化物的硬质合金刀片
CN109666839A (zh) 一种含钴粗晶硬质合金