SU1204645A1 - Мартенситностареюща сталь - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к металлугии стали, в частности к изысканию высокопрочных сталей, предназначенных дл  изготовлени  тел качени  шарошечных долот, работоспособност которых, особенно при турбинном бурении, ограничена из-за весьма т желых условий работы долота на забое (высокие ударные нагрузки, повышенна  температура - свыше 200°С, большое гидростатическое давление - до 100 атм, наличие в промывочной жидкости твердых фаз разбуренной породы, агрессивных газов, химических реагентов и т.д.)

Цель изобретени  - повьшение механических свойств в состаренном состо нии и водном pactBope сероводорода . Введение в сталь меди увеличивает эффект дисперсионного твердени  стойкость против наводороживани . Растворимость меди в сб -твердом растворе составл ет дес тые доли процента при комнатной температуре и повышаетс  до 1-3% при температуре около 850°С. Полученный после закалки пересыщенный твердый раствор упрочн етс  при температурах старени  425-А70°С за счет образовани  обогащенных медью кластеров, когерентно св занных с матрицей.

Нар ду с увеличением коэффициента дисперсионного твердени  легирование медью уменьшает растворимость водорода Б oi -твердом растворе ., а вьщел ющиес  при старении кластеры играют роль барьеров дл  проникновени  водорода в металл, что способствует улучшению стойкости стали против наводороживани 

Повышение содержани  меди боль- .ше 1,5% может привести к красноломкости , что затрудн ет гор чую обработку стали.

Увеличение содержани  меди в стали более 1,5% нецелесообразно еще и потому, что из-за ухудшени  механических характеристик, обусловленных интенсивным дисперсионным твердением вьщел ющейс  при старении медистой фазой, ее склонность к охрупчиванию в сероводородной среде возрастает.

Введение в сталь меди менее 0,5% малоэффективно.

Введение меди в сталь сообщает ей, кроме повышени  прочностных характеристик и их стабилизации,

04645

дополнительные свойства - уменьшает степень насьщ1ени  стали водородом и, соответственно, водородное растрескивание в среде, насьш1енной

5 сероводородом.

Слитки стали после кристаллизации гомогенизируют при 1150 С 6 ч, подвергают механической обдирке, куют на заготовки и закаливают от

to 830 С в воду. Готовые образцы, шарики и ролики подвергают старению при 450-А70°С, 8-10 ч.

В табл. 1 приведен химический состав трех плавок предлагаемой ли (1-3), сплавов запредельных сос- тавов (4-5) и известной - состав. 6.

В табл. 2,3 и 4 представлены в сравнении механические свойства плавок в.закаленном и состаренном по

2Q оптимальным режимам состо нии.

В табл. 4 представлены механические свойства сталей после упрочн ющей обработки и выдержки 30 мин в водном растворе сероводорода.

25 Механические испытани  (табл. 4) провод т на машине ИМ-12А с диаграм- мной записью. Разрывные образцы изготовлены по ГОСТ 1497-61 (п тикратные . Ударна  в зкость определ етс  на ма тниковом копре типа

МК-30 при 2Q°C образцы имеют стандартные размеры по ГОСТ 9454-60. .

Твердость измер ют на приборе Роквелла (шкала RC). Величина по-- грешности при определении механи35 ческих характеристик составл ет не более 3%.

Как видно из таблиц, предлагаема  сталь превосходит известную сталь по характеристикам прочности, пластичности , ударной в зкости при испытани х в водном растворе сероводорода . , Примененир стали в качестве высо- Konpo4Hoijo материала в услови х -бурени  нефт ных и газовых скважин обеспечивает сочетание высоких прочностных и пластических свойств, уменьшение разброса механических характеристик плавки к плавке и

от образца к образцу - повьш1ение

надежное .,ч   служебных характеристик.

Натурные испытани  показывают., что ресурс работы долота, при изготовлении тел качени  из предлага 5 емой стали увеличиваетс  приблизительно на 15-18%.

Полученный комплекс свойств поаио- л ет применить предлагаемую сталь

40

45

3 . . 12046454

дли изготовлени  тел качени  шарошеч-55СМ5ФА ,из-за сильной склонности к

ных долот, эксплуатируемых при повы-наводороживанию, в результате чего

шейных температурах (200-400°С),резко -снижаютс  прочностные и пласдавлени х (до 1000 ат), активных ере-тические свойства, не удовлетвор ет

дах.5. быстрорастущим требовани м к буровоПримен ема  в насто щее врем му инструменту газовой и нефт ной

дл  изготовлени  тел качени  сталь

20,025 30 ,05

40,025 50 ,06

60,003- - 0,05

1,0 18,1 2,55 1, 1,5 19,0 3,0 1,

0,3 16,0 1,8 , 2,0 19,4 3,3 1,

17-20 2-3 1, 1.

0,53 0,3- 0,8- 0,25 - 0,4- - 0,6 0,6 1,10,6

Сталь

Продолжение табл.1 Содержание элементов,мае, %

А1

редлааема 

Предлагаема 

запредельные составы

Известна 

Сталь 55СМ5ФА

0-,6 -0,001 0,005 0,005 0,05-0 ,7-0,004 0,0070,0070,06Л

0,8- .0,008 0,01 0,015 0,07 0 ,5-0,001 0,0040,02 0, 04 0 ,85-0,009 0,015 0,15 0,08 0 ,6--0,001-0,005-0,005-0,05-0 ,80,008 0,01 0,01 0,07

0,15- - 0,25

0,0

промьгашенности.

I Т а б л и ц а 1

18,1 2,55 1,56 19,0 3,0 1,6

16,0 1,8 ,2 19,4 3,3 1,8

17-20 2-3 1,4- 1.7

С1

Nd

н

0,015 0,025

11290-1340П90-124065-67

21300-13501200-125065-66

31290-13401190-123064-66

41280-13201,170-121064-65

5.Ковочные трещины

1270-1330 1170-1230 62-67

Примечание. Механические свойства сталей определ лись в закаленном состо нии от 6ч,

Примечание. Механические свойства сталей определены в состаренном состо нии при 480°С, 6ч,

Термообработка стали: закалка 880-900 С в маслоот- пуск 200-250 С, 2,5-3 ч охлаждение на воздухе.

Т а 6л и ц а 2

1,3-1,426-27

1,1-1,326,5-28

1,1-1,327-29

1,0-1,125-26

1,0-1,3 25-28,5

Таблица 3

.Таблица 4

Claims (1)

1. МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, никель, молибден, титан, алюминий, неодим, церий, кальций, иттрий, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения механических свойств в состаренном состоянии и в водном растворе сероводорода, она допол· нительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод Никель Молибден Титан Алюминий Неодим Церий Кальций Иттрий Медь Железо

   0,003-0,050

   17-19 . 2-3

   1,4-1,6

   0,6-0,8 0,005-0,010 0,001-0,008 0,05-0,07 0,005-0,015

   0,5-1,5

   Остальное при выполнении следующих соотношений, мас.%: сумма никеля и меди меньше или равна 20,5; сумма титана и алюминия равна 2,1-2,3.