專利名稱：：高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
：在石油鉆井工程中，隨著超深井、大斜度井、大位移井及水平鉆井技術(shù)的發(fā)展，因鉆井時(shí)間延長、鉆桿作用在套管上的側(cè)向力增高等因素，使套管和鉆桿的磨損問題越來越突出，輕則降低鉆桿的使用壽命和套管柱的抗擠毀、抗內(nèi)壓強(qiáng)度，重則造成套管柱擠毀、變形及泄漏，甚至造成全井報(bào)廢，從而大幅度的增加鉆井成本。在石油鉆桿接頭上堆焊新型金屬耐磨帶，是減少鉆桿、套管磨損的有效措施之一。新型金屬耐磨帶材料廣泛采用合金粉末加工成的藥芯焊絲。如美國安科技術(shù)公司生產(chǎn)的ARNC0100XT、ARNC0200XT、ARNC0300XT鉆桿耐磨帶藥芯焊絲。在鉆桿耐磨帶藥芯焊絲的的實(shí)際應(yīng)用中，目前最為用戶關(guān)心的問題主要有兩點(diǎn)一是耐磨性的高低，耐磨性不足將導(dǎo)致鉆桿使用壽命降低、重復(fù)堆焯次數(shù)增加和生產(chǎn)率低下。二是抗裂性的高低，抗裂性差易引起堆焊裂紋甚至耐磨帶掉快。雖然可以通過焊前預(yù)熱、焊后緩冷的輔助工藝措施來減輕裂紋和焯快傾向，但卻顯著降低了生產(chǎn)率、增加了生產(chǎn)成本。另外，很多野外技術(shù)服務(wù)現(xiàn)場也不具備焊前預(yù)熱、焊后緩冷的生產(chǎn)條件。并且即使采用焊前預(yù)熱、焊后緩冷的輔助工藝措施，高耐磨性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲(如ARNC0200XT、300XT等)也不能完全保證不出現(xiàn)焊接裂紋，重復(fù)堆焊時(shí)出現(xiàn)裂紋、甚至掉快的現(xiàn)象就更加嚴(yán)重。目前國內(nèi)外市場上廣泛使用的各種堆焊用鉆桿耐磨帶藥芯焊絲，要么抗裂性雖高，但耐磨性不足，如ARNCO100XT等；要么耐磨性雖高，但抗裂性卻較差，如ARNC0200XT、300XT等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要提供一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的高抗裂性和高耐磨性不能合理匹配的問題。為達(dá)到本發(fā)明的目的，現(xiàn)提供一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為C%=1.53.5，M%=8.018，Cr%=1.52.5，Mo%=2.03.0，Si%=0.51.5,Mn%=0.51.5，B%=1,52.5，'余為Fe，其中M為V、Nb兩種元素中的任一種或兩種元素之和。所述鉆桿耐磨帶藥芯焊絲熔敷金屬中各化學(xué)元素的主要作用是C元素在堆焊金屬耐磨帶材料的設(shè)計(jì)中，C是最重要的強(qiáng)化元素，同時(shí)也是致脆元素。C具有間隙固溶強(qiáng)化的作用，增加C含量，將增加碳化物數(shù)量，減少碳化物質(zhì)點(diǎn)間距，從而增加耐磨性。但C含量過高，會促進(jìn)孿晶馬氏體基體組織的形成，使材料的沖擊將韌度下降，抗裂性變差。為此，應(yīng)適當(dāng)控制堆焊金屬耐磨帶中的C含量，以獲得高韌性的板條馬氏體基體和大量高硬度碳化物相配合的組織結(jié)構(gòu)。V元素和Nb元素是強(qiáng)碳化物形成元素，與碳的結(jié)合力很強(qiáng)，其碳化物熔點(diǎn)高達(dá)300(TC左右，而熔池的溫度一般在l70(TC左右，故會先于熔池凝固形成顆粒狀MC型碳化物。MC型碳化物的高穩(wěn)定性和細(xì)小彌散分布，可以細(xì)化晶粒，從而提高金屬耐磨帶的韌性和抗裂性。而MC型碳化物的高硬度(HV>2000)和大量存在可以提高金屬耐磨帶的硬度和耐磨性。Cr元素能提高淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。Mo元素能增加淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，抑制回火脆性。其碳化物可以提高金屬耐磨帶的硬度和耐磨性。Si、Mn元素具有聯(lián)合脫氧和固溶強(qiáng)化作用，Si還可降低熔點(diǎn)、提高熔融金屬流動(dòng)性。B元素具有降低熔點(diǎn)、提高熔融金屬流動(dòng)性的作用。此外，各種硼化物也能提高硬度和耐磨性。綜合以上各種化學(xué)元素的作用，所述鉆桿耐磨帶藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分的設(shè)計(jì)思想是以C、Cr、Mo、V、Nb作為基本合金系統(tǒng)，通過成分優(yōu)化系列試驗(yàn)獲得以板條馬氏體為主的基體和以MC型碳化物為主的大量彌散硬化相相配合的組織結(jié)構(gòu)。板條馬氏體基體的高韌性和高強(qiáng)度可以保證堆焊金屬耐磨帶的高抗裂性和對硬化相的有力支撐，大量MC型碳化物的高硬度(HV^2000)和彌散分布可以保證堆焊金屬耐磨帶的高硬度(》HRC60)和高耐磨性。適當(dāng)加入Si、Mn、B元素主要改善其堆悍工藝性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鉆桿耐磨帶藥芯焊絲的優(yōu)點(diǎn)是1.高抗裂性和高耐磨性兼?zhèn)?，?shí)現(xiàn)了鉆桿耐磨帶藥芯焯絲高抗裂性和高耐磨性的統(tǒng)一。2.堆悍工藝簡單無需焊前預(yù)熱和焊后緩冷即可實(shí)現(xiàn)高耐磨性堆焊金屬耐磨帶無裂紋，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)率。3.重復(fù)堆焊性好重復(fù)堆焊金屬耐磨帶無裂紋，延長了鉆桿使用壽命，'提高了經(jīng)濟(jì)效益。4.堆焊工藝性好飛濺小，成型平整美觀，堆焊金屬耐磨帶幾乎無需修整。5.適用性廣除可用于石油鉆桿堆焊金屬耐磨帶外，還可廣泛應(yīng)用于其它石油鉆具及鋼鐵、機(jī)械、電力、煤炭、水泥、采礦、挖掘等
技術(shù)領(lǐng)域：
金屬零構(gòu)件的表面耐磨強(qiáng)化處理。具體實(shí)施例方式下面將通過實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)地描述。一、按照本發(fā)明高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分的要求，選用適當(dāng)規(guī)格的優(yōu)質(zhì)薄鋼帶和相關(guān)的多種金屬粉末和合金粉末，設(shè)計(jì)藥芯焊絲的芯粉配方，按配方將各種金屬粉末和合金粉末稱量后充分混合均勻，制成芯粉，而后在藥芯焊絲制造設(shè)備上經(jīng)過薄鋼帶的放帶開巻、扎為U型、加藥芯粉末、封口成0型、軋制減徑、拉拔減徑和巻絲成盤等工序制成直徑為1.6mm3.2mm的藥芯焊絲。二、各實(shí)施例熔敷金屬化學(xué)成分如表一所示。表一各實(shí)施例熔敷金屬的化學(xué)成分(質(zhì)量百分含量)\化學(xué)成分^\實(shí)施例\CVNbCrMoSiMnBFe實(shí)施例l3.4515.320.01.662.840.781.432.45余實(shí)施例21.830.09.121.972.461.210.821.98余實(shí)施例32.747.584.452.352.141,481.011.47余三、各實(shí)施例熔敷金屬和普通石油鉆桿接頭的硬度、相對耐磨性和抗裂性如表二所示。其中，耐磨性試驗(yàn)釆用MLS-23型濕沙橡膠輪式磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)6行，轉(zhuǎn)速240轉(zhuǎn)/分，試驗(yàn)負(fù)載98N，時(shí)間2000轉(zhuǎn)?？沽研栽囼?yàn)釆用焊前無預(yù)熱、焊后無緩冷條件下在普通石油鉆桿光接頭上連續(xù)堆悍三道耐磨帶(單道28mm，三道76mm)，目視觀測裂紋的方法。從表二的試驗(yàn)結(jié)果可見，本發(fā)明各實(shí)施例不但具有高硬度和高耐磨性，而且具有高抗裂性，完全可以實(shí)現(xiàn)焊前無預(yù)熱、焊后無緩冷條件下堆焊高耐磨性石油鉆桿耐磨帶無裂紋的目的。表二各實(shí)施例熔敷金屬的硬度、耐磨性和抗裂性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為C％＝1.5～3.5，M％＝8.0～18，Cr％＝1.5～2.5，Mo％＝2.0～3.0，Si％＝0.5～1.5，Mn％＝0.5～1.5，B％＝1.5～2.5，余為Fe，其中M為V、Nb兩種元素中的任一種或兩種元素之和。全文摘要本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲。本發(fā)明要為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的高抗裂性和高耐磨性不能合理匹配的問題，現(xiàn)提供一種高抗裂性鉆桿耐磨帶藥芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為C％＝1.5～3.5，M％＝8.0～18，Cr％＝1.5～2.5，Mo％＝2.0～3.0，Si％＝0.5～1.5，Mn％＝0.5～1.5，B％＝1.5～2.5，余為Fe，其中M為V、Nb兩種元素中的任一種或兩種元素之和。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.高抗裂性和高耐磨性兼?zhèn)洌?.堆焊工藝簡單；3.重復(fù)堆焊性好；4.堆焊工藝性好；5.適用性廣。文檔編號B23K35/30GK101653881SQ200910023810公開日2010年2月24日申請日期2009年9月4日優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日發(fā)明者武李,勇韓申請人:西安納特石油技術(shù)有限責(zé)任公司