[发明专利]一种钻杆接头耐磨带用Fe-Nb-Mo-Cr-Mn-B系铁基堆焊药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明属于材料加工焊接领域，具体涉及一种用于堆焊钻杆接头耐磨带药芯焊丝。 

背景技术

在石油钻杆接头上堆焊金属耐磨带，是减少钻杆、套管磨损的有效措施之一。随着钻井技术的发展，钻井时间延长，钻杆在套管上的侧向力增大等因素的影响，套管和钻杆的磨损问题越来越突出，轻则降低钻杆的抗扭抗弯强度和套管柱的抗挤毁抗内压强度，重则造成套管柱挤毁变形及泄漏，甚至造成全井报废，从而大幅度地增加钻井成本，在石油钻杆接头上堆焊金属耐磨带，则是减少钻杆、套管磨损的有效措施之一。 

根据之前的研究，工业上希望得到硬度高、无裂纹的耐磨堆焊层的要求并没有得到完全实现。Fe‐Cr‐C型堆焊合金体系往往通过添加大量铬元素形成碳化物硬质相来提高耐磨带耐磨性，然而在焊接过程中却不可避免的产生裂纹，导致耐磨带开裂失效。因此，合理调节铬含量，在不添加Ni等贵重金属的情况下，添加B、Nb、Mo、Mn等合金元素共同强化，保证耐磨带无裂纹、高硬度、无剥落、套管友好。此配方降低了生产成本，顺应了资源节约型的社会理念。 

发明内容

本发明的目的在于解决当前大部分堆焊材料抗裂性不足，套管磨损率较大，粘结性差，基体有剥落，重复焊接时，需去除旧耐磨带，而不能直接在其上焊接的问题，提供一种成本较低的Fe‐Nb‐Mo‐Cr‐Mn‐B系铁基耐磨堆焊药芯焊丝。此药芯焊丝在不添加贵重金属Ni的情况下，多层堆焊仍不开裂，焊缝成型好，焊接时飞溅少，耐磨带光滑，硬度高（≥60HRC）碳化物和硼化物的晶粒结构做为硬质相排列紧密连同尺寸细小（1‐4μm）的NbC硬质相，弥散分布在坚固、有韧性的基体中，实现了高耐磨抗裂性的整合。 

一种钻杆接头耐磨带用铁基堆焊药芯焊丝，其特征在于，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为20～26%，所述的药芯粉末包括以下质量百分比含量的物质：碳化硼：3.0～7.2%；铌铁：14.3～32%；电解锰：2.6～5.2%；钼铁：12.8～19.2%；铬铁：6.3～27.8%；钛铁：1.54～7.72%；石墨：2.0～6.0%；硅铁：3.0～10.3%；余量为还原铁粉。 

进一步，所述药芯焊丝外皮所用带材为SPCC碳钢钢带。 

进一步，药芯成分质量百分含量为：碳化硼：3.5～7%；铌铁：14.5～25%；电解锰：2.8%～5%；钼铁：14.5～18%；铬铁：12～20%；钛铁：2.0～7.5%；石墨：2.5～5.5%；硅铁：3.5～10%，余量为还原铁粉。 

更进一步，碳化硼：4～6.5%；铌铁：15～20%；电解锰：3～4.8%；钼铁：15～17%；铬铁：13～18%；钛铁：2.5～7%；石墨：3.0～5.0%；硅铁：4～9%，余量为还原铁粉。 

采用所述药芯焊丝制备一种含弥散分布的NbC、Fe2B硬质相的铁基耐磨堆焊合金方法，其特征在于，包括如下步骤： 

按照药芯焊丝配制药芯粉末，轧制，最终获得直径为1.6mm的药芯焊丝； 

采用二氧化碳气体保护焊工艺制备堆焊合金，焊接工艺参数为：电压：22‐25V；电流：270‐300A；送丝速度：380‐450mm/min；气体流量：17‐20L/min；焊丝干伸长：10‐20mm。 

所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.3‐1.0%；B：0.5‐1.2%；Ti：0.1‐0.5%；Nb：2.0‐4.5%；Mo：2.0‐3.0%；Mn：0.5‐1.5%；Cr：1.5‐4.0；Si：0.3‐1.3%，Fe：余量。 

优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：碳化硼：3.5～7%；铌铁：14.5～25%；电解锰：2.8%～5%；钼铁：14.5～18%；铬铁：12～20%；钛铁：2.0～7.5%；石墨：2.5～5.5%；硅铁：3.5～10%，余量为还原铁粉。所获得的熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.36～0.79%；B：0.58～1.0%；Cr:1.7～2.9%；Nb：2.0～3.5%；Mo：2.3～2.8%；Mn：0.54～0.96%；Si：0.34～0.97%；Ti：0.13～0.49%； Fe：余量。