[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)高韌全奧氏體不銹鋼的加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610436538.6
• 申請(qǐng)日: 2016-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN106167849B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏濤;劉嘉斌;方攸同
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D6/00
• 分類號(hào): C21D6/00;C21D8/00;C22C38/58;C22C38/40;C22C38/02;C22C38/04
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33283
• 代理人: 黃芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌全奧氏體不銹鋼的加工方法。

背景技術(shù)

持續(xù)數(shù)十年的采油使地球上儲(chǔ)量豐富鉆采難度低的油藏已基本開發(fā)殆盡。國(guó)內(nèi)外石油鉆采已經(jīng)從淺地表向深地層發(fā)展，從淺海灣向深海進(jìn)軍。以我國(guó)為例，塔里木油田哈7－11H井的鉆井深度為7341.25米，垂深6645.83米、水平位移近800米、最大井斜90度和最高井下溫度168攝氏度，創(chuàng)造了中國(guó)石油水平井鉆探新紀(jì)錄。中國(guó)海油深水半潛式鉆井平臺(tái)最大作業(yè)水深3000米，最大鉆井深度為12000米。國(guó)際上最大鉆井深度已達(dá)15000米。隨著鉆井深度的提高，對(duì)于石油鉆采用鋼性能的要求也不斷提高。石油鉆采用鋼按照鋼的磁性功能分為有磁鋼和無(wú)磁鋼。無(wú)磁鋼主要用作傳感器保護(hù)裝置用材。典型的應(yīng)用是無(wú)磁鉆鋌，在給鉆頭施加鉆壓，減輕鉆頭的振動(dòng)使鉆頭工作平穩(wěn)的同時(shí)還要監(jiān)測(cè)鉆井過(guò)程。

無(wú)磁鉆鋌必須是全奧氏體組織，且具有良好的硬度、韌性、沖擊值以及抗腐蝕性能和具有良好的低磁導(dǎo)率和良好的機(jī)械加工性能。目前常用的無(wú)磁鋼主要是200和300系列鋼種，然而200和300系列的鋼種按常規(guī)使用方法處理后，在保證全奧氏體組織時(shí)其強(qiáng)度和硬度只能達(dá)到石油鉆鋌使用要求的50%。如果對(duì)200和300系列鋼種進(jìn)行常規(guī)冷加工強(qiáng)化，雖然能顯著提高強(qiáng)度和硬度，卻嚴(yán)重?fù)p害塑性和韌性，且導(dǎo)致奧氏體部分或全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，產(chǎn)生強(qiáng)磁性。因此目前的奧氏體不銹鋼和加工方式難以滿足鉆井深度持續(xù)提高對(duì)石油用鋼的苛刻要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)高韌全奧氏體不銹鋼的加工方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種全奧氏體不銹鋼的加工方法，包括如下步驟：

（1）將具有一定化學(xué)組成的原料進(jìn)行固溶處理，冷卻得到試樣；所述原料含有重量百分比為0~0.2%的C，0~0.2%的N，不高于0.03%的P，不高于0.001%的S，0.5%~1%的Si，1.0%~2.0%的Mn，15%~17%的Cr，5%~7%的Ni，其余為Fe，并且C和N的含量不同時(shí)為0且兩者總含量為0.15%~0.2%；各化學(xué)組分中，P和S為雜質(zhì)；

（2）將步驟（1）得到的試樣進(jìn)行熱加工變形得到全奧氏體不銹鋼；其中熱加工變形通過(guò)使用冷態(tài)試樣直接放入預(yù)熱到設(shè)定溫度T1的設(shè)備進(jìn)行加工或者將預(yù)熱到T2溫度的試樣直接放入冷態(tài)設(shè)備進(jìn)行加工的方式實(shí)現(xiàn)，熱加工變形的變形量采用截面收縮率Y進(jìn)行衡量；其中，T1應(yīng)符合公式（1），T2應(yīng)符合公式（2），Y應(yīng)符合公式(4)或公式(5)；

M_d+30<T1<500 (1)

M_d+80<T2<550 (2)

其中公式(1)和(2)中，M_d表示應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的最高溫度，其根據(jù)公式（3）計(jì)算：

(3)

其中公式(3)中，C、N、Si、Cr、Ni、Mn分別代表各元素的重量百分含量，為ASTM晶粒度級(jí)別，可通過(guò)對(duì)照試樣金相組織與標(biāo)準(zhǔn)圖譜查得；

（4）

(5)。

本發(fā)明為了獲得高強(qiáng)度和擴(kuò)大奧氏體區(qū)，在原料中添加C，但是添加量超過(guò)0.2%時(shí)，在晶界上會(huì)析出Cr碳化物，降低鋼材塑性，因而將其上限定為0.2%。為了獲得高強(qiáng)度和擴(kuò)大奧氏體區(qū)，在原料中添加N。但是添加量超過(guò)0.2%時(shí)，在晶界上會(huì)析出Cr氮化物，降低鋼材塑性，因而將其上限定為0.2%。并且，由于C和N均能與Cr形成化合物，因此C和N的總量上限定為0.2%。

本發(fā)明步驟（1）中，固溶處理的溫度優(yōu)選為1050℃~1150 ℃，保溫時(shí)間優(yōu)選為1min~2h。

本發(fā)明步驟（1）中，冷卻方式優(yōu)選為淬水或者淬油。

本發(fā)明步驟（2）中，變形方式可以為軋制、擠壓、鍛壓或拉拔。

本發(fā)明步驟（2）中，為了將擴(kuò)展位錯(cuò)束集，抑制位錯(cuò)的平面滑移，促進(jìn)交滑移，將熱加工變形溫度設(shè)定在M_d溫度以上，從而避免應(yīng)變馬氏體的產(chǎn)生，保證全奧氏體組織。為了防止晶界附近的C和N原子擴(kuò)散到晶界與Cr形成化合物，損害鋼材耐腐蝕性能，將熱加工變形溫度設(shè)定在550℃以內(nèi)。