无磁钻具用钢及其生产方法技术

无磁钻具用钢及其生产工艺，属于炼钢技术领域。所述无磁钻具用钢，其化学成分除铁以外还包括以下重量百分比的成分：Ｃ≤０．０６％、Ｍｎ１７．００－２３．００％、Ｓｉ≤０．８０％、Ｐ≤０．０２５％、Ｓ≤０．０１５％、Ｃｒ　１２．００－２０．００％、Ｍｏ≤１．０％、Ｎ　０．２０－１．２０％、Ｎｉ≤２．３０％、Ａｌ≤０．０２５％；且满足Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．６０Ｍｎ＋０．１８Ｃｒ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）－０．１１Ｓｉ↑［２］≥１６的条件。本发明专利技术较现有技术提供了一种奥氏体稳定，以适应使用要求和制造成本等要求为准，经济、科学的生产方式。本发明专利技术的无磁钻具用钢也适用于其它适用的领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于炼钢、锻造
，特别涉及一种无》兹钻具用钢及其生产方法。(二)
技术介绍
石油开采的可控定向钻采技术需要精确地控制钻孔的方位，通常是靠磁性 指南针或其它磁性仪表来定位，若把铁磁部件放在这些定位仪表附近，就会干 扰定位，因此，在每#>钻柱上必须安装一个或几个无》兹性钻具以利定向钻采。 在磁性指南针所处的位置附近配置无磁钻铤，其目的不是给磁性指南针提供一 个无磁场的环境，而是使磁性指南针摆脱贴近的铁磁性钻柱的影响。如果磁性 指南针处于铁磁性钻柱的水眼中，由于铁磁性钻具的磁导率极高，水眼部分的 地球磁场强度趋于零，磁性指南针便不能正确指示南北极。磁性指南针处于无 磁钻铤水眼中时，由于钻铤无磁性(按物理学定义是顺磁性的)，即无磁钻铤 的磁导率与空气的磁导率大致相同，水眼空间的地》兹场与当地原来的地磁场相 同，磁性指南针便可以正常指示当地原来的地磁场方向。制备无磁钻具的用钢在加工和使用过程中相对》兹导率应小于1. 010,同时要有较高的结构强度、沖击韧性，较好的耐磨性。检索发现国外钻井公司使用过蒙乃尔合金、铍铜合金、 钬合金、铬镍不锈钢来制造无磁钻具，但造价较高，稀缺金属镍的用量大。中国专利CN1100176A釆用Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢，以Mn代Ni(化学成 份见表l),在钢中加RE来细化晶粒、提高钢的屈服强度、通过改变夹杂物的 形状来改善钢的热塑性，提高钢的锻造性能。但存在以下问题RE加入量过大， 易在钢中产生大量的稀土氧化物夹杂，反而降低了钢的塑性和抗晶间腐蚀性 能；Si含量偏高，会使钢中N的溶解度降低并助长5铁素体的生成，使钢的相 对磁导率超标；Nb含量偏高，易形成很多条、块状Nb的碳、氮化物析出，且 碳量较高时，在Nb的碳、氮化物周围导致Cr的碳、氮化合物析出，P争低钢的抗晶间腐蚀性能。其中实施例的含C量为0.10-0.13%，按此成份生产的钢， 一般检测晶间腐蚀性能是不会合格的。表1. CN1100176A无磁钻铤用钢化学成分表<table>table see original document page 4</column></row><table>日本专利公开2004 - 156086 (化学成份见表2 )公开了一种钢的屈服强度 大于960MPa的高强度无磁钢，该专利中锰含量偏低，锰、镍、氮都是扩大奥 氏体区的元素，可提高锰含量、降低镍含量，也可继续提高钢中的氮含量来使 钢保持奥氏体；该专利通过向钢中添加稀缺金属镍和铜来防止凝固过程中氮的 析出，不利于降^^钢的成本；该专利钢中Cu的范围为0.35 - 2.00%,若钢中 Cu>l. 00%,则对钢的热加工塑性产生不利影响。表2.日本专利公开2004 - 156086无磁不锈钢化学成份<table>table see original document page 4</column></row><table>中国专利CN101311290A釆用Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢，钢中的镍含量偏 低，同时没有提高钢中锰含量来控制钢的镍当量，若钢中锰、镍、氮的含量均 控制在范围的中下线时，则钢的镍当量小于16,会在钢中出现铁素体，导致钢 的相对磁导率大于1.010。钢的碳含量设定小于等于0. 12%,实施例中的碳含 量均大于O. 06%,按其实施例生产的钢，检测晶间腐蚀性能不合格。该专利中 Nb含量为不大于0. 35%，实施例中的铌为0.29 - 0. 32%,此情况会形成很多条、 块状Nb的碳、氮化物析出，在Nb的碳、氮化物周围导致Cr的碳、氮化合物 析出，降低钢的抗晶间腐蚀性能。该专利生产的不锈钢为中、高氮不锈钢，其 制造工艺采用电炉-LFV精炼或电炉-A0D精炼-LFV精炼，但其在熔炼后期采 用真空精炼会降低氮在钢中的溶解度，导致钢中氮大量析出，因此该冶炼工艺 与该专利钢的特性是矛盾的，不利于降低成本、提高质量。<table>table see original document page 5</column></row><table>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无f兹钻具用钢及其生产工艺，生产成本低，制 得的钢满足无磁钻具的要求。本专利技术采用的技术方案如下无磁钻具用钢，其化学成分除铁以外还包括以下重量百分比的成分C《 0. 06%、 Mnl7. 00 — 23. 00%、 Si《0. 80%、 P《0. 025 %、 S《0. 015%、 Cr 12. 00 -20. 00%、 Mo<1.0%、 N 0.20-1.20%、 Ni《2.30%、 Al< 0.025 %;且满足 Ni当量-Ni+O. 60Mn+0. 18Cr+9. 69(C+N)-0. llSi2>16的条件。所述无石兹钻具用钢还包括以下重量百分比的成分Nb<0. 20%、 Cu<1.00 %、 B< 0.0035 %。进一步，以下成分重量百分含量为Mnl8. 00 - 21.00%、 Cr 13. 00 - 18. 00 %、 Mo 0. 25-0.亂N 0.30-0.80%、 NiO. 25-1. 20 % 。为获得较低的磁导率必须采用奥氏体不锈钢。在化学成分设计上，本专利技术 采用Cr-Mn-N系不锈钢，以Mn代替大部分的Ni，并加入一定量的N来稳定奥 氏体，当钢的Ni当量二Ni+0. 60Mn+0. 18Cr+9. 69(C+N)-0. llSi2>16时，就可以 稳定奥氏体，确保相对^磁导率小于1. 010。奥氏体不锈钢自高温奥氏体状态急 冷到室温所获得的奥氏体组织处于亚稳状态，其奥氏体稳定程度受钢的成分所 制约。当继续冷至室温以下或经受冷变形时，将可能有马氏体组织产生，这种 类型的马氏体包括oc '和s两种类型，前者为体心正方结构，呈铁J兹性。后者 为密集六方结构，无磁性。马氏体转变是一种无扩散相变，通过剪切机构由大 规模有规则的原子排列的变化，在很短的时间内完成这种转变，快冷和形变是 马氏体转变的外部条件，奥氏体的稳定程度是其马氏体转变的内在条件。无磁钻具在使用过程中，受到拉、压、扭转等应力，易使钢形变产生马氏体，会使无磁钻具因相对磁导率超过1. 010而使无磁钻具的使用失去作用。对于每种成 份的奥氏体不锈钢均存在Ms和Md两个相变点，Ms是在冷却过程开始产生马氏体 相变的最高温度，Md是形变诱发马氏体转变的最高温度，通常是以其应变量30 %冷变形后产生50% cc '的温度作为标识，即Md (30)。两者均受钢中的合金 元素含量的影响。Ms和Md(30)的经验计算公式如下Ms ( cx ' ) =1305-61. 1 ( %Ni ) -41. 7 ( %Cr ) -33. 3 ( %Mn) -27. 8 ( 0/。Si ) -1667 ( %C+%N)Md ( oc ' ) ( 30/50 ) =413-9.5 ( %Ni) —13.7 ( %Cr) —8.1 ( %Mn) —9.2 (%Si) -18. 5 ( %Mo) -462 本文档来自技高网...

【技术保护点】
无磁钻具用钢，其特征在于，其化学成分除铁以外还包括以下重量百分比的成分：Ｃ≤０．０６％、Ｍｎ１７．００－２３．００％、Ｓｉ≤０．８０％、Ｐ≤０．０２５％、Ｓ≤０．０１５％、Ｃｒ　１２．００－２０．００％、Ｍｏ≤１．０％、Ｎ　０．２０－１．２０％、Ｎｉ≤２．３０％、Ａｌ≤０．０２５％；且满足Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．６０Ｍｎ＋０．１８Ｃｒ＋９．６９（Ｃ＋Ｎ）－０．１１Ｓｉ↑［２］≥１６的条件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟，高宏生，李海滨，高全德，李荣秀，
申请(专利权)人：中原特钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]