[发明专利]无磁高强高耐蚀钻铤用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻铤用钢及其制造方法，具体的，涉及一种具有无磁性、超高强度和优异的耐晶间和点蚀性能的钢及其制造方法。

背景技术

在探寻新的油气资源的过程中，需要使用具有机械、物理及化学等方面有特殊性能的高品质钢材。目前已在深海海域发现了新油气田，而勘探这些新油气田所使用的钻探工具，不仅容易接触到各种形态的岩层，还可能与腐蚀性介质发生反应，所以钻具要足够的强度及耐腐蚀性。无磁钢通常作为钻头侧的高灵敏度测量仪的外壳材料，随钻测量（MWD）通过地球的磁场确定钻探工具的确切位置，然后控制钻探的方向。当今油气钻探向地层更深，岩层更复杂进军，为保证钻铤工具在操作中拥有更长的使用奉命，迫切需要提高钻铤各项性能，即强度更强化、稳定的无磁性、更优异的耐蚀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种无磁高强高耐蚀钻铤用钢锻造件及其制造方法，所得钢锻件具有稳定的奥氏体组织，具有无磁性、超高强度和优异的耐晶间腐蚀和点腐蚀性能的特点，能够用于钻铤。

本发明钢将碳含量控制在≤0.05wt%的超低范围，铬含量控制17.00-19.00wt%、锰含量控制15.00-19.00wt%，扩大了氮在钢中的溶解度，同时按高含量控制钢中的氮含量，使得提高了钢材的强度和耐腐蚀性能并具有稳定的奥氏体组织，并且保证了无磁特性。

本发明钢将硫含量控制在≤0.010%、磷含量控制≤0.030wt%，并且采用电渣二次精炼，减少了产品的偏析现象。本发明钢中加入了0.0005-0.0025wt%硼（B），解决了高锰高氮钢热加工易开裂（表面细裂纹很容易形成）问题，提高了高锰高氮钢的热加工塑性，并细化了晶粒，提高了材料强度。本发明钢采用两次锻造，并且两次锻造间水淬快速冷却工艺，使得锻造组织为均匀细小的奥氏体组织，并且提高了生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是：一种锻造钢，以重量百分比计，该钢包括：C≤0.05%；Si≤1.00%；Mn 15.00-19.00%；P≤0.030%；S≤0.010%；Cr 17.00-19.00%；Ni 0.40-0.80%；Mo 0.40-0.80%；N0.40-0.60%；B 0.0005-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe；该锻造钢的锻造组织为奥氏体组织。

前述的锻造钢，以重量百分比计，该钢包括：C≤0.03%；Si≤0.20-0.55%；Mn 18.0-19.0%；P≤0.025%；S≤0.003%；Cr 17-17.8%；Ni≤0.50-0.75%；Mo0.50-0.75%；N 0.50-0.60%；B 0.0010-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。

前述的锻造钢，其是由如下方法制备得到的：（1）加热：将钢锭在1100-1300℃保温10小时以上；（2）高温锻造：将加热后的钢锭在温度1000-1200℃范围内进行第一次锻造，终锻温度为940-980℃；（3）水淬：将高温锻造后的锻件用水进行冷却，水淬处理后锻件表面温度为500-700℃（优选600℃）；（4）中温锻造：将水淬处理后的锻件进行第二次锻造，终锻温度为610-650℃；（5）冷却：将中温锻造后的锻件冷却到室温。

前述的锻造钢，第一次锻造变形量为总锻造变形量的80-90%，第二次锻造变形量为总锻造变形量的20-10%。

前述的锻造钢，该锻造钢屈服强度大于等于800MPa，抗拉强度大于等于1000MPa，心部硬度大于等于280，表面硬度大于等于320，当磁场强度为800A/m时相对磁导率小于等于1.010，及铜-硫酸铜-16%硫酸晶间腐蚀敏感性测试的180°弯曲不开裂。

前述的锻造钢，所述水淬处理的时间为30秒到2分钟（优选1分钟）。

前述的锻造钢，第一次锻造锻压比为6.44：1，第二次锻造锻压比为1.19：1。

本发明提供的第二技术方案是：一种锻造钢的制备方法，该方法包括：

（1）加热：将钢锭在1100-1300℃保温10小时以上；

（2）高温锻造：将加热后的钢锭在温度1000-1200℃范围内进行第一次锻造，终锻温度为940-980℃；

（3）水淬：将高温锻造后的锻件用水进行冷却，使得水淬处理后锻件表面温度为500-700℃（优选600℃）；

（4）中温锻造：将水淬处理后的锻件进行第二次锻造，终锻温度为610-650℃；

（5）冷却：将中温锻造后的锻件冷却到室温。