专利名称：高强度无磁钻铤用钢的制作方法
技术领域：
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AKV≥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 Mo0.80～3.0 17～19 12～15 1.0～2.0 0.8～1.20Nb N Re C S P Fe0.2～0.5 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μγ≤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 ＝σi+K d1/2，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℃～1100℃，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
权利要求
1.一种高强度无磁钻铤用钢，其特征在于化学成份为(重量百分比)SiMn Cr Ni Mo0.80～3.0 17～19 12～15 1.0～2.0 0.8～1.20Nb N Re C S P0.2～0.5 0.25～0.5 0.12～0.5 ＜0.15 ≤0.030 ≤0.035Fe余量
2.一种权利要求1所述无磁钻铤用钢的生产方法，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℃～1100℃，最后留20～30%在650℃～950℃锻造进行形变强化处理，锻后快冷。
3.按权利要求2所述无磁钻铤用钢的生产方法，其特征在于形变处理的最佳温度700℃～900℃。
4.按权利要求3所述无磁钻铤用钢的生产方法，其特征在于开坯锻造温度最好在1140℃～1180℃，二次精锻温度最好在1100℃～1140℃。
全文摘要
一种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 0.8～3.0、Mn 17～19、Cr 12～15、Ni 1.0～2.0、Mo 0.8～1.2、Nb 0.2～0.5、N 0.25～0.5 Re 0.12～0.5、C＜0.15、S≤0.030、P≤0.035、铁余量。本发明强度和韧性优异不需热处理强化。
文档编号E21B17/16GK1100176SQ9311580
公开日1995年3月15日 申请日期1993年9月11日 优先权日1993年9月11日
发明者李宪文, 王毓麟, 贾伟, 石端君, 孙永富, 王今宇 申请人:中国科学院金属研究所, 辽河石油勘探局钻采工艺研究院矿机研究所