钻具组件制造技术

本公开涉及一种钻具组件，其包含马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性与优化和良好平衡的机械性质的结合，所述优化和良好平衡的机械性质例如为高硬度、耐磨损和耐磨耗性、高拉伸强度和高冲击韧性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻具组件
本公开涉及一种钻具组件，特别是一种钻杆，其包含马氏体不锈钢，及其制造方法。
技术介绍
在钻岩期间，冲击波和旋转从钻机经由一个或多个杆或管传递到配备硬质合金的钻头。钻杆经受着严重的机械负荷以及腐蚀性环境。这特别适用于地下钻探，其中水用作冲洗介质并且其中环境通常是潮湿的。在最承力的部位，即螺纹底部和螺纹间隙，腐蚀特别严重。通常，低合金表面硬化钢用于钻探应用。这样的钢由于腐蚀疲劳而具有使用寿命比较短的限制，腐蚀疲劳导致由动载荷和杆材耐腐蚀性不足引起的钻杆加速断裂。与钻杆相关的另一个问题是钻杆由于磨耗而被用坏和必须更换的速率，即棒材的硬度不足，这对钻探作业的总成本有直接影响。与钻杆相关的另一个问题是杆材的强度和韧性，特别是冲击韧性，即钻杆承受静和动载荷以及由钻岩引起的冲击载荷的能力。如果杆断裂，可能要花相当长的时间才能将它从钻孔中取回。杆的断裂还可能干扰为了优化爆破而计算的钻样式。与钻杆和钻头断裂有关的其他问题是对采矿和隧道设备、例如破碎机和筛的损害。WO0161064和WO2009008798二者都公开了用于钻岩的马氏体钢。即使这些钢将解决或减少上述腐蚀疲劳的问题，但是这些马氏体钢并不拥有高得足以在钻岩过程中完全适用的冲击韧性。这将意味着由其制成的钻具组件当在钻岩期间受到冲击载荷时将具有明显的容易断裂的风险，这可导致与上述相同的后果。CN102586695和US5714114二者都涉及马氏体钢。然而，在其中公开的马氏体不锈钢用于其它应用而不是钻杆。因此，在其中公开的马氏体不锈钢的要求和重要机械性质与用于钻杆的马氏体不锈钢相比是不同的。因此，本公开的目的是解决和/或减少至少一个上述问题。具体而言，本公开的一个方面是实现一种钻具组件，例如钻杆，其具有在硬化时形成马氏体微观结构的钢组成，所述钢组成将为所述钻具组件提供良好的耐腐蚀性以及优化和良好平衡的机械性质，因而导致使用寿命增加，从而也实现了能够长时间使用的有成本效益的钻具组件。
技术实现思路
因此，本公开涉及一种包含马氏体不锈钢的钻具组件，所述马氏体不锈钢具有以重量％(wt％)计的以下组成：余量是Fe和不可避免的杂质，其中所述马氏体不锈钢包含大于或等于75％的马氏体相和小于或等于25％的残余奥氏体相，并且其中PRE值(耐点蚀当量值)大于或等于14。PRE值由以下等式计算PRE＝Cr+3.3*Mo，其中Cr和Mo对应于所述元素的重量百分比(wt％)含量。如上文或下文所限定的马氏体不锈钢具有含有残余奥氏体的硬化和回火马氏体微观结构，意味着所述马氏体微观结构包含马氏体相和残余奥氏体相二者。马氏体相将提供所需的硬度和拉伸强度以及所需的耐磨性。与马氏体相比更软且更可延展的残余奥氏体相将降低马氏体微观结构的脆性，并由此提供钢的机械性质例如冲击韧性的必要改善。如上文或下文所限定的马氏体不锈钢由于它的化学组成和它的微观结构二者而将具有硬度、冲击韧性、强度和耐腐蚀性的独特组合。此外，本专利技术还涉及一种钻具组件，其是钻杆，例如顶锤钻杆和冲水顶锤钻杆，及其制造方法。附图说明图1显示舍夫勒图，其中区域和相应的坐标已绘出；图2显示了与图1相同的舍夫勒图，但是在图中标出在实施例中制造的合金；图3显示了实施例的一些合金的硬度和冲击韧性曲线。具体实施方式本公开因此涉及一种包含马氏体不锈钢的钻具组件，所述马氏体不锈钢具有以重量％(wt％)计的以下组成：余量是Fe和不可避免的杂质，其中所述马氏体不锈钢包含大于或等于75％的马氏体相和小于或等于25％的残余奥氏体相，并且其中PRE值大于或等于14。此外，由于马氏体相的高硬度，本专利技术的马氏体不锈钢将具有高拉伸强度和高耐磨性。然而马氏体相是脆性的。在本公开中，已经发现，通过将马氏体相与一定量的残留奥氏体相组合(使得微观结构包含大于或等于75％的马氏体相和小于或等于25％的残留奥氏体相)，并通过将其与平衡添加的成合金元素特别是Ni、Mn和Mo相结合，将极大改善所述马氏体不锈钢的冲击韧性，其意味着这对于包含马氏体不锈钢的钻具组件而言也是如此。这是由于马氏体相将如上所述提供所需的硬度和拉伸强度以及所需的耐磨性，同时与马氏体相比更软和更可延展的残余奥氏体相将降低马氏体微观结构的脆性并从而提供机械性质的必要改进。然而，必要的是残余奥氏体相的量不过高，因为这会过多降低马氏体微观结构的硬度。因此，马氏体相的量和残留奥氏体相的量如上文或下文所限定。根据一种实施方式，如上文或下文所限定的马氏体不锈钢在硬化之后不含任何铁素体相，其在此上下文中被认为是软而脆的相，即包含如上文或下文所定义的马氏体不锈钢的钻具组件在硬化之后不含任何铁素体相。根据本专利技术的一种实施方式，钻具组件所包含的如上文或下文限定的马氏体不锈钢包含80-95％的马氏体相和5-20％的残余奥氏体相。因此，本公开提供了具有高硬度和高冲击韧性以及良好耐腐蚀性的独特组合的马氏体不锈钢。另外，本公开提供了一种包含马氏体不锈钢的钻具组件，所述马氏体不锈钢具有的化学组成和微观结构将为所述钻具组件提供耐腐蚀性、硬度和冲击韧性在整个组件上的最佳组合。因此，所述钻具组件将具有改进的成本效率和更长的工作寿命。现在将描述本公开的马氏体不锈钢的成合金元素。术语“重量％”和“wt％”可互换使用：碳(C)：0.21至0.27wt％C是一种强奥氏体相稳定化成合金元素。C是马氏体不锈钢所必需的，以使所述钢具有通过热处理被硬化和强化的能力。因此，C含量被设定为至少0.21wt％以充分达到前述效应。但是，过量的C将增加形成碳化铬的风险，这会因此降低各种机械性质和其它性质，例如延展性、冲击韧性和耐腐蚀性。机械性质也受到硬化后残余奥氏体相的量的影响，并且这个量将取决于C含量。因此，C含量被设定为至多0.27wt％，因而本专利技术马氏体不锈钢的碳含量是约0.21至0.27wt％，例如0.21至0.26wt％。硅(Si)：最多0.7wt％Si是强铁素体相稳定化成合金元素，因此它的含量也将取决于其它铁素体形成元素例如Cr和Mo的量。Si主要用作熔融精制期间的脱氧剂。如果Si含量过多，则可能在微观结构中形成铁素体相以及金属间析出物，这将降低各种机械性质。因此，Si含量被设定为最多0.7wt％，例如最多0.4wt％。锰(Mn)：0.2至2.5wt％Mn是奥氏体相稳定化成合金元素。Mn将增进C和N在奥氏体相中的溶解度并将增加变形硬化。此外，当热处理马氏体不锈钢时，Mn也将增加可硬性。Mn还将通过形成MnS析出物来减少硫的不利影响，这又将提高热延展性和冲击韧性，但MnS析出物也可能对耐点蚀性有所损害。因此，最低Mn含量被设定为0.2wt％。然而，如果Mn含量过多，则残留奥氏体相的量可能变得过大，并可降低各种机械性质以及硬度和耐腐蚀性。而且，Mn含量太高将降低热加工性能，并且也损害表面质量。Mn含量因此被设定为最多2.5wt％。于是，Mn含量是0.2至2.5wt％，例如0.3至2.4wt％。另外，在本公开中，为了获得所述马氏体不锈钢的期望性质，将马氏体不锈钢中包含的Mn、Ni和Mo的含量共同平衡。铬(Cr)：11.9至14.0wt％Cr是不锈钢的基本成合金元素之一，并且是将会对所述钢提供耐腐蚀性的元素。如上文或下文所限定的马氏体不锈钢包含至少11.9w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含马氏体不锈钢的钻具组件，所述马氏体不锈钢具有以重量％计的以下组成：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 EP 15176999.91.一种包含马氏体不锈钢的钻具组件，所述马氏体不锈钢具有以重量％计的以下组成：余量是Fe和不可避免的杂质；其中所述马氏体不锈钢包含大于或等于75％的马氏体相和小于或等于25％的残余奥氏体相，并且其中所述马氏体不锈钢具有大于或等于14的PRE值。2.根据权利要求1所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含80至95％的马氏体相和5至20％的残余奥氏体相。3.根据权利要求1或2所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含小于或等于0.4wt％的Si含量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含小于或等于0.035wt％的N含量。5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含小于或等于0.8wt％的Cu含量。6.根据权利要求1至5中任一项所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含0.21至0.26wt％的C含量。7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含12至13.8wt％的Cr含量。8.根据权利要求1至7中任一项所述的钻具组件，其中所述马氏体不锈钢包含0.3至2.4wt％的Mn含量。9.根据权利要求1至8中任一项所述的钻具组件，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安娜·万伯格，托马斯·安东松，拉尔斯·尼洛夫，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE