[發明專利]一種無磁鉆鋌用高氮奧氏體不銹鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201711244575.8
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107904513B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 屈華鵬;郎宇平;羅定祥;陳晉陽;陳海濤;馮翰秋;周茂華;王利偉;楊再春;彭聲通;楊亞光;姚斌;何玉東
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院;攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C38/02;C21D8/00;C21D6/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種無磁鉆鋌用高氮奧氏體不銹鋼及其制造方法，屬于不銹鋼材料技術領域。該不銹鋼成分重量百分數為：13.50≤Cr≤14.00，0.047≤C≤0.055，0.30≤N≤0.35，18.00≤Mn≤18.50，0.10≤Si≤0.15，0.001≤P≤0.015，0.001≤S≤0.012，余量為Fe，同時：1.469≥Mn(wt.％)/Cr(wt.％)≥1.251。制造方法：非真空感應熔煉，電渣重熔，快鍛機開坯鍛造，徑鍛機終鍛成型鍛造，水冷處理。優點在于，通過控制Mn元素和Cr元素保證該不銹鋼的足夠的奧氏體單相區寬度。通過控制變形溫度、變形量和變形速率以及鍛后水冷等手段增強其鋼坯的變形強化效果，同時避免有害析出相碳化物，使成品鋼坯在鍛后水冷狀態下具有優異的相對磁導率、強度、韌性和耐晶間腐蝕的性能。

技術領域

本發明屬于不銹鋼材料技術領域，特別是涉及一種無磁鉆鋌用高氮奧氏體不銹鋼及其制造方法。

背景技術

無磁鉆鋌是當今國內外深度在3000米以上的陸地、海洋油氣開采工程中井下鉆采的重要部件，由相對磁導率低于0.01的不銹鋼材料制造成中空厚壁管材，為隨鉆測量儀器提供磁屏蔽的環境，保證對鉆探方向進行實時修正。同時，無磁鉆鋌還與旋轉導向系統聯動，可以實現全井段定向鉆進,并根據鉆探要求實時調整井眼軌跡。由于井下苛刻的服役環境，還要求無磁鉆鋌材料具有極高的強度和耐蝕性能，同時還需要兼顧經濟性。

從上世紀開始，無磁鉆鋌用材料經歷了Cr-Ni奧氏體不銹鋼、蒙乃爾合金、Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼等幾代的發展。最早使用的Cr-Ni奧氏體不銹鋼，其力學性能如室溫和高溫強度、硬度、耐磨性等較差，產品壽命較短。為了保證耐蝕性能并延長服役壽命，采用了成本極高的Ni-Cu蒙乃爾合金，并未獲得大規模發展。從上世紀60年代以來，隨著Cr-Ni奧氏體不銹鋼中以Mn、N代Ni技術的發展以及含N不銹鋼制備技術的提高，Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼因其相對低的原材料成本和優良的力學、耐蝕性能很快替代了Cr-Ni不銹鋼和蒙乃爾合金，成為制造高性能無磁鉆鋌的主流材料。

無磁鉆鋌用Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼目前可以分為兩大類，一類是以追求高性能即力學性能(強度、韌性、硬度)和耐蝕性能(晶間腐蝕)為主，其成分特點是高Cr、高N，同時含Mo、含Ni，此類材料適用于服役環境較為苛刻的地層環境；另一類是以追求經濟性同時兼具優良性能為主，其成分特點是中Cr、中Mn，同時無Mo、無Ni，此類材料適用于服役環境不太苛刻的地層環境，其原材料成本和成品價格僅為前者的一半左右。因其良好的性能和經濟性廣泛應用于許多油氣鉆采工程項目中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無磁鉆鋌用高氮奧氏體不銹鋼及其制造方法，與現有無磁鉆鋌用經濟型高氮奧氏體不銹鋼材料相比，對Mn、Cr元素的含量范圍和熱加工工藝進行了優化；使其具有更高室溫屈服強度和抗拉強度。同時使其在鍛后具備優良的室溫韌性、硬度和耐晶間腐蝕性能、極低的相對磁導率，并且經濟、實用。

本發明的一種無磁鉆鋌用經濟型高氮奧氏體不銹鋼的各元素重量百分比為：13.50≤Cr≤14.00，0.047≤C≤0.055，0.30≤N≤0.35，18.00≤Mn≤18.50，0.10≤Si≤0.15，0.001≤P≤0.015，0.001≤S≤0.012，余量為Fe。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：

進一步，所述一種無磁鉆鋌用經濟型高氮奧氏體不銹鋼的Mn元素和Cr元素的質量百分比的比值處于1.251至1.469之間，即：

1.469≥Mn(wt.％)/Cr(wt.％)≥1.251

本發明的制造方法，包含以下工藝步驟：