[发明专利]高强度无磁钻铤用钢

说明书

本发明涉及奥氏体钢技术，特别是提供了一种具有高强度的无磁钻铤之用钢及制备技术。

无磁钻铤是钻水平井、定向井不可缺少的井下工具。由于国外技术垄断，多年来全部依靠国外进口，年耗外汇数百万美元，随着我国石油工业的发展，无磁钻铤国产化已成为石油钻井生产中急待解决的问题。无磁钻铤要求钢材除了无磁性之外，必须具有较高的强度和韧性(屈服强度σ0.2≥689MPa，冲击功A_KV≥68J)和耐应力腐蚀性能。日本专利JP62-109950曾报导过一种无磁钻铤，毛坯采用热处理工艺提高钢的强度。其成品强度、韧性基本达到无磁钻铤要求。

本发明的目的在于提供一种强度和韧性更加优异，并且不需热处理工艺强化的无磁钻铤用钢。

本发明所提供的高强度无磁钻铤用钢，其特征在于化学成份为：(重量百分比)

    Si       Mn        Cr       Ni        Mo         Nb

0.80～3.0  17～19    12～15    1.0～2.0  0.8～1.20  0.2～0.5

    N        Re        C        S         P          Fe

0.25～0.5  0.12～0.5  ＜0.15  ≤0.030    ≤0.035     余量

在Fe-Cr-Mn-N固溶体中，Mn和Ni一样是扩大和稳定铁碳平衡相图中的r相区。碳和氮含量对稳定奥氏体组织具有良好作用。本发明钢以Mn、Ni、N来扩大和稳定r相区，使其获得单一的奥区体组织，以满足钢的无磁性，导磁率μ_γ≤1.010，本发明充分利用Cr-Mn-N的奥氏体，以Si、Mo、N的固溶强化作用，使其屈服强度提高到600MPa以上，以靠形弯强化使钢的屈服强度提高到700MPa以上，但是Si含量超过3％，将使的韧性下降和增加铁素体含量。钢中加入＞12％的Cr和少量Ni、Re将明显提高钢的抗腐蚀和抗氧化的能力，Nb是强碳化物形成元素，它在奥氏体不锈钢中以固定碳而提高抗晶间腐蚀的能力。Nb和Re在钢中的另一个作用是细化钢的晶粒，根据Hall-Petch公式：σ_s＝σ_i+K_ed^1/2，由于细晶强化而提高钢的屈服强度。Re在钢中由于改变夹杂物形状而改善钢的热塑性，提高钢的锻造性能。由于采用上述成分设计，本发明所提供的无磁钻铤用钢生产方法有一定特色，其特征在于钢冶炼后需经下述锻造过程：

(1)开坯锻造：温度1100℃～1200℃保温2～4小时锻造比2～3

(2)二次精锻成型：总锻造比6～8，温度900℃～1140℃，最后留20～30％在650℃～950℃锻造进行形变强化处理，锻后快冷。形变处理的最佳温度700℃～900℃，开坯锻造温度最好在1140℃～1180℃，二次精锻温度最好在1100℃～1140℃本发明提供的方法可使棒材结构均匀晶粒细，表面到中心的强度和硬度均匀，提高抗磨损性能。总之，本发明所提供无磁钻铤用钢在成分设计中严格控制贵重金属Cr、Ni、Mo的用量，Cr+Ni+Mo＜18％，降低成本，合理利用我国富有资源硅和稀土元素，合理设计工艺使无磁钻铤钢强度及冲击韧性均高于日本专利。下面通过实施例详述本发明。

实例1

化学成份按表1中的30162，精纯原料常压炉冶炼，锻造工艺参数为：

一次开坯锻造温度：1160～1180℃，锻造比：2

二次精锻加热温度：1000～1100℃，锻造比：5

降温到800℃，锻造比：2

机械性能、物理性能、耐蚀性、冷加工和热加工性能见表2

实施例2

编号30163，锻造工艺参数为：

一次开坯锻造温度：1140～1160℃，锻造比：1.5

二次精锻 加热温度：1100～1140℃，锻造比：6

降温度到850℃，锻造比：1.5

实施例3

编号30164，工艺参数为：

一次开坯锻造温度：1150～1190℃，锻造比：1.8

二次精锻 加热温度：1120～1130℃，锻造比：5.5

降温度到820℃，锻造比：2.5

实施例4

编号30165，工艺参数为：

一次开坯锻造温度：1100～1120℃，锻造比：1.6

二次精锻 加热温度：1000～1120℃，锻造比：5

降温度到750℃，锻造比：2.2表1

编号    化  学  成  分  C    Si    Mn    S     P    Cr    Ni   Mo   Nb    N   RE30162301633016430165 0.12 0.85 18.29 0.003 0.035 12.59 1.74 0.86 0.29  0.30 0.2 0.13 0.91 17.98 0.004 0.031 13.21 1.61 0.90 0.29  0.28 0.2 0.12 0.88 17.87 0.005 0.029 13.18 1.58 0.90 0.286 0.29 0.2 0.10 0.86 18.56 0.008 0.033 14.31 1.64 0.88 0.22  0.28 0.25表2编  号  σ0.2  MPa  δ％  AKV  (J)  导磁率    μr耐蚀性热加工性冷加工性30162301633016430165  726.5  691.7  715.4  835.0 40 42.4 40.8 39 115  98 120  90 112 110 182 164  1.0030  1.0032  1.0032  1.0031    0    0    0    0    优    优    优    优    良    良    良    良