专利名称：一种钻具用无磁钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种无磁钢，特别涉及ー种钻具用无磁钢及其制备方法。
背景技术：
石油钻具是石油及天然气钻采设备重要的部件，是石油专用管材的重要组成部分。根据油气勘探，开发的地质地理条件和工程需要，钻井作业中井眼轨迹控制是勘探井和开发井生产中的关键技木。需在钻柱下部连接一定长度用无磁性钻具(壁厚一般在30mm-103mm之间)实时监测井眼的斜度和方位，以便及时调整。随着各种复杂条件下开采技术飞速发展，无论在陆地还是海洋上，对于无磁钻井工具提出了很高的要求。石油钻具常用的无磁钢一般均为高铬、高镍的奥氏体不锈钢，也有采用以锰代镍、 以氮代碳的奥氏体不锈钢。其中典型的材料为lCrl8Ni9Ti、W1813N等，此类材料虽也为无磁钢，但它仍具有弱磁性，強度、抗晶间腐蚀性能不能很好的满足无磁钻具使用的相关要求。中国专利(公开号CN 1100176A)公开了ー种高强度无磁钻铤用钢，其特征在于冶炼后需经过锻造过程，第一歩开坯锻造，温度1100°C 1200°C，保温2小时，锻造比2 3 ;第ニ步二次精锻成型，总锻比6 8，温度900°C 1100°C，最后留20% 30%在650°C 950°C锻造进行形变强化处理，锻后快冷。此种奥氏体无磁钢以靠形变强化使钢的屈服强度提高到700MPa。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种钻具用无磁钢及其制备方法，通过合理控制各元素的化学成分，并通过沉淀强化热处理来提供ー种有高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的无磁钢。为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下—种钻具用无磁钢，其特征在于该无磁钢化学成分按重量百分比含有C O. 30
O.40%,Si ^ O. 8%,Mn 7. O 9. 0%，P ≤ O. 06%，S ≤O. 01 %，Cr 3.0 4.0%，Ni 8. O 10. 0%, V I. O I. 5%，其余量为铁。制备该钻具用无磁钢的方法，包括以下エ艺①原料按比例配置后进行锻造；②在1100°C 1150°C温度下进行固溶热处理；③然后进行水冷处理；④在650°C温度下，进行24小时的时效处理；⑤最后出炉空冷。在Fe-Mn-C系中一般以中碳及高锰(18_20% )来获得稳定奥氏体。生产实践表明，含锰量高达20 %的钢中其热加工、冷加工、切削、磨削等エ艺均不够理想，因此以部分镍来取代部分锰，同时为进ー步改善冷加工性加入4%的铬构成9Ni-8Mn-4Cr的基体。为进ー步稳定奥氏体在Fe-Mn-C系中加入适量的铬，在中碳含量时并不出现高温铁素体相，同时可以改善高锰钢的加工性能。在高锰高铬中碳钢中加入钒，经时效后碳与钒形成碳化物弥散析出，碳化钒弥散强化提高了钢的强度，在含钒量为I. O I. 5%范围时碳含量对机械性能影响极为显著。磷含量< O. 06%，在奥氏体钢中磷无很大危害性，适当放宽磷的限制有利于使用返回料或高碳锰铁(含磷较高)，以降低钢的成本。与现有技术相比，本发明的有益效果(I)由于合理控制了各元素的化学成分，使无磁钢具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低,稳定性能好,生产成本低的特点。(2)由于采用了沉淀强化的热处理方法，可以使奥氏体固溶体中析出弥散分布的第二相，这种第二相质点对钢的基体起強化作用。无磁钢在完全固溶后获得单一奥氏体组织，经时效后C与V形成的碳化物弥散析出，通过碳化钒的弥散析出提高了钢的强度。通过热处理充分发挥钢的机械性能潜力。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进ー步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例I本发明钻具用无磁钢的制备方法，包括以下エ艺①将精纯原料按CO. 38%, Si O. 75%, Mn 8. 35%, P O. 023%, S O. 009%, Cr4. 25%, Ni 8. 16%, V I. 27%，其余量为铁的比例配置，在常压炉冶炼，经锻造开坯制成热处理试样，锻造エ艺參数为一次开坯锻造温度1160 1200°C，终锻温度900°C锻造比不小于3. O二次精锻加热温度1140 1180°C，终锻温度850°C锻造比不小于2. 5②在1120°C的温度下进行固溶热处理；③然后进行水冷处理；④在650°C温度下，进行24小时的时效处理；⑤最后出炉空冷。实验表明，该钻具用无磁钢的机械性能參数以及磁导率系数详见表2满足石油钻具无磁钻铤相关标准要求，具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的特点。同时按国标GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀方法》，采用E法进行本发明钢材的晶间腐蚀试验，试验结果表明不存在晶间腐蚀开裂。满足石油钻具无磁钻铤腐蚀性能要求。实施例2、实施例3本发明钻具用无磁钢及其制备方法中的參数见表1，过程恕我不再赘述。
C%O. 30「0.40
Si%0.800.60
Mn%7.009.00
权利要求
1.一种钻具用无磁钢，其特征在于该无磁钢化学成分按重量百分比含有c O. 30 ·O. 40%,Si ^ O. 8%,Mn 7. O 9. 0%，P 彡 O. 06%，S 彡 O. 01 %，Cr 3.0 4.0%，Ni 8. O ·10. 0%, VI. O I. 5%，其余量为铁。
2.制备权利要求I所述的钻具用无磁钢的方法，其特征在于该制备方法包括以下エ艺 ①原料按权利要求I所述的钻具用无磁钢比例配置后进行锻造； ②在1100°C 1150°C温度下进行固溶热处理； ③然后进行水冷处理； ④在650°C温度下，进行24小时的时效处理； ⑤最后出炉空冷。
全文摘要
本发明公开了一种钻具用无磁钢，其化学成分按重量百分比含有C 0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr3.0～4.0％，Ni8.0～10.0％，V1.0～1.5％，其余量为铁，及其采用固溶时效热处理强化工艺的制备方法。本发明具有较高强韧性、可加工性好、磁导率低，稳定性能好，生产成本低的特点。
文档编号C21D1/78GK102676944SQ20111005463
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者余荣华, 董强, 袁鹏斌, 高斌强 申请人:上海海隆石油管材研究所, 上海海隆石油钻具有限公司