[发明专利]一种钻机钻头金属制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻机技术领域，特别是一种钻机钻头用的高强度金属的制备方法。

背景技术

石油钻井用多晶金刚石粉结合体(以下简称PDC)钻头切削刃所采用的超硬PDC，具有较强的耐磨性，钻进效率高，钻头寿命长，适应于石油钻井、采矿、采煤等探矿掘进工程的使用。

2003年以来，国际上美国克里斯坦森公司、史密斯钻头公司等13家知名钻头制造公司所推出的新型石油钻井用PDC钻头是采用铸造碳化钨粉(以下简称WC)加入浸润合金无压烧结制成的。钻头的使用寿命、抗剪切能力、耐磨性能，均取决于浸润合金性能的优劣程度。目前所使用的浸润合金大多数为Cu-Ni-Mn合金，成分为Ni：30-40％、Mn：10-20％、Cu余量。这种合金材料的成本高、抗拉强度较低、流动性差、熔点偏高，其浸渗温度为1200℃～1210℃。

CN91100132.8披露了用作基体岩石钻头中浸渗粘结剂的低熔点铜-锰-锌合金。它是一种含有约5％至65％重量的锰，35％以下重量的锌，其余为铜的新型浸渗合金，该浸渗合金最好含有20％重量的锰，20％重量的锌，其余为铜。虽然该浸渗合金的浸渗温度有所降低，但流动性下降。并且，加入高含量的Mn就不可避免的使其基体合金的晶粒粗大，又降低了基体合金的强度和韧性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钻机钻头金属制备方法，其包括以下步骤：

(1)将低硫磷洁净废钢在电弧炉内熔化冶炼脱碳脱磷，并加入如下重量份的金属：Ni金属8～12份，Cu金属65～75份，；

(2)步骤(1)脱磷和脱碳后的钢水温度升至1650～1700℃倒入钢包精炼炉内，造渣形成稀薄渣后，加入复合脱氧剂进行预脱氧，复合脱氧剂与钢水用量比为4～5公斤/吨；

(3)向钢水中加入CuMn中间合金5～10份，CuSn中间合金6～13份，其中CuMn中间合金的组成为Cu∶Mn∶Ti＝64.5～75.5％∶23～34％∶0.5～1.5％，CuSn中间合金的组成为Cu∶Sn∶Cr＝64.5～75.5％∶23～34％∶0.5～1.5％，并在钢渣表面加入脱氧剂，在1600～1650℃下精炼1～1.5小时，同时利用LF炉底吹惰性气体搅拌；

(4)向钢水中补加Si，继续冶炼5～10分钟；

(5)真空脱气处理，吊包浇注；

(6)首先将各纳米复合金属材料制成纳米复合金属涂料，然后采用流涂法将所述纳米复合金属涂料浇注在所述铁金属基体的表面上，再经干燥、烧制而成所述纳米复合金属涂层。

较佳地，所述步骤(2)中所述的复合脱氧剂为含有锰、铝、硅的合金；其中锰的含量为16～20％，硅的含量为8～10％，铝的含量为8～10％，均为重量百分比。

较佳地，所述步骤(6)中纳米复合金属涂层是由铜、镍和锌组成的纳米复合金属材料制备而成的涂层，所述各纳米复合金属材料的质量百分比分别为：铜30％-40％、镍10％-15％、锌50％-55％。

本发明具有以下有益效果：

本发明钻头用浸润合金的镍含量降低了10％，因而材料成本较已有石油钻井钻头用浸润合金降低了1倍；

熔点降低：在本发明合金中加入了熔点低的Sn,Sn能显著提高基体合金对金刚石的润湿性，且Sn与基体合金中的Ni形成固溶体，使合金的熔点降低至1030℃～1050℃，与已有石油钻井钻头用浸润合金相比熔点降低了150℃，节省了能源；

本发明中添加了CuMn中间合金、CuSn中间合金，这就能明显地细化晶粒，显著提高基体合金的力学性能；本发明合金的抗拉强度和剪切强度比已有钻头用浸润合金提高了100～120mPa；发明合金中加入适量的Mn，使合金的流动性大大提高。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种钻机钻头金属制备方法，其包括以下步骤：

(1)将低硫磷洁净废钢在电弧炉内熔化冶炼脱碳脱磷，并加入如下重量份的金属：Ni金属8份，Cu金属65份，；