[發明專利]用于沖擊巖石鉆探的延伸部件和鋼

無效

• 申請號: 01805051.4
• 申請日: 2001-02-13
• 公開（公告）號: CN1401013A
• 公開（公告）日: 2003-03-05
• 發明（設計）人: 約翰·林登;拉爾斯貢納爾·倫德爾
• 申請（專利權）人: 桑德維克公司
• 主分類號: C22C38/18
• 分類號: C22C38/18;C22C38/20;C22C38/22
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 于輝

??????????????????發明背景

本發明涉及一種馬氏體的耐腐蝕鋼，用于巖石鉆探，具有新穎的改良性質，特別與耐腐蝕疲勞相關。

??????????????????現有技術

在沖擊巖石鉆探中，沖擊波和旋轉從鉆床經過一個或多個桿或管道傳輸到一個硬質合金裝配的鉆頭。鉆鋼，即用于鉆頭、桿、管道、套管和柄適配器等的材料，在鉆探時經受腐蝕的侵襲。特別是在地下鉆探中，這里的水用作沖洗介質，總體環境比較潮濕。腐蝕侵襲對于壓力最大的部位即螺紋底部和螺紋間隔處尤其嚴重。由彎曲所引起的脈動應力和上面所提到的沖擊波兩者相結合，就會發生所謂的腐蝕疲勞(圖1)。這是鉆鋼破壞的常見原因。

低合金的表面硬化鋼通常用于鉆探。原因是螺紋部分的磨損和損耗通常限制使用壽命。由于鉆床和刀具已變得更有效，這些問題已經減少，腐蝕疲勞已成為限制因素。表面硬化在表面施加壓縮應力，這在某些程度上延緩了疲勞。

US-A-5,496,421涉及了一種高強度的馬氏體不銹鋼。這種鋼含有：不多于0.06wt％的C、12-16wt％的Cr、不多于1wt％的Si、不多于2wt％的Mn、0.5-8wt％的Ni、0.1-2.5wt％的Mo、0.3-4wt％的Cu、不多于0.05wt％的N、其余為Fe和一些不可避免的雜質，所說的鋼含有的δ-鐵相的面積比率最多為10％。所知的鋼用于解決由酸性環境所引起的應力腐蝕問題。

????????????????????發明目的

本發明的一個目的是提供一種用于沖擊巖石鉆探的延伸部件，它能進一步提高現代采礦效率。

本發明的另一目的是提供一種壽命較長的用于沖擊巖石鉆探的延伸部件。

本發明還有另一目的是提供一種具有降低的腐蝕率的鉆鋼。

本發明還有另一目的是提供一種具有降低的腐蝕疲勞敏感度的鉆鋼。

??????????????????附圖的簡要說明

上述以及其它的目的是通過一個延伸部件和鉆鋼實現的，正如參照附圖在所附的專利權利要求書中所定義的。

圖1顯示了在25倍下，一種低合金鋼的螺紋底部的裂縫。

圖2顯示了在500倍下，根據本發明的一種鉆鋼的結構。

?????????????????????發明詳述

本發明涉及一種用于巖石鉆探的鋼，用一種具有馬氏體基質的耐腐蝕的合金制成，這種耐蝕性是通過加入Cr以及Mo、W、Cu，或者再加入N而獲得的。由馬氏體結構(圖2)，得到應用時所必需的強度和核心硬度。優選的馬氏體濃度是50～100wt％，最佳為大于75wt％。最終的抗張強度將大于800Mpa，最佳為1300～3000MPa。

通過使用一種抗腐蝕合金制作鉆鋼，由于增加了鉻，在表面上得到了一個鈍態層，它防止了腐蝕或者減小了腐蝕速率，從而降低了腐蝕疲勞度，特別是在螺紋底部，如圖1所示。按照本發明，為了使鉆鋼能充分耐腐蝕，要求含有至少11％濃度的鉻。碳和/或氮(c+N)的總濃度必須大于0.05％，優選為0.1～0.8％。

另一方面，鉻濃度可以低于11％，最低為5％，這可由優選加入鉬(最高為5％，優選為0.5～2wt％)、鎢(最高為5％，優選為0.5～2wt％)和/或銅(最高為2％，優選為0.1～1wt％)進行補償，其中Mo+W+Cu的總濃度大于0.5％，優選為大于1wt％。

還有一種方法是合金含有的成分的PRE數目大于10，優選為12～17。PRE表示“耐點蝕等價物”，描述了一種合金對于點蝕的抵抗力。PRE定義式如下：

PRE＝Cr+3.3(Mo+W)+16N

其中Cr、Mo、W和N為相應元素的質量百分比含量。

根據本發明所制得的鋼另外會有大于400維氏硬度的表面硬度，優選為500～800維氏硬度，以便進一步增加它的耐磨損力，這些磨損由螺紋聯接處的運動、鉆子切割或者與周圍巖石的接觸(砂球墻)所產生。所述的鋼優選具有硬度增加的0.5～2.0mm厚的表面層。

根據本發明的鉆鋼以傳統的鋼條生產和加工方法制備。為了得到所需的馬氏體結構，鋼需要經過硬化或冷卻處理。耐磨損力可以通過表面的感應加熱淬滅或應用表面處理方法，比如滲碳和滲氮而進一步改進。

本發明也涉及根據本發明的鋼作為鉆鋼的應用。