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无磁钢材料的技术突破

更新时间:2015-03-03 点击次数:1803

 
 

国内无磁钢概况


无磁不锈钢是石油随钻领域最重要也是最常用的材料之一,通常是用来生产:

--无磁钻铤(Non-Magnetic Drill Collars)

--随钻测量/随钻测井仪器的护套(MWD/LWD Collar)

--旋转导向钻探工具(Rotary Steerable Drilling)

--稳定器(Stabilizer)


国内无磁钢现有的问题主要有两个:    

   一、由于种种原因,耐腐蚀性能一直是国产无磁不锈钢钻铤的软肋。现代石油钻探环境越来越恶劣(高温高压高腐蚀性等),国产无磁不锈钢就逐渐暴露出应用中的不足。通过我们对用户的调查,国内的无磁钢在加工和使用过程中,经常会出现材料不均匀,粘扣,不耐磨的问题。


   二、国内用户对高强度无磁钢(屈服强度140ksi)的需要越来越急切,但是国内的高档无磁钢由于技术的限制,往往无法通过所有的性能指标(如腐蚀性能,疲劳检测等)。所以,国内市场的高档无磁钢全部高价从国外采购,如Carpenter15-15LCBleckmannP550



技术突破、工艺改进


    在山西羽佳恒实业有限公司不懈的努力下,我公司突破以上的技术难点,我们对无磁钢的生产工艺进行了如下的改进:

1.炼钢 严格控制材料的化学成分,尤其CCrMnN等元素的配比,既保证材料的高机械性能,同时保证低的磁性能。采用电炉熔炼,然后AOD炉精炼的方法。

2.锻造,设备采用1800T径锻机,采用先热锻再温锻的加工工艺,严格控制锻造温度和变形量,保证材料的性能和抗腐蚀能力。



材料性能特点


我公司生产的无磁钢,有两三个牌号,DWNM101(相当于国外的P530)DWNM102(相当于国外的P55015-15HS), DWNM103(相当于国外的P580)。 

我们的材料不但能满足所有的性能指标(见表一,表二,表三),还具有以下的优势。

1. 低磁导率,材料的磁导率都能在1.003以下,超过1.005的国际标准。

2. 抗腐蚀性能,100%通过抗腐蚀性能检验。如果材料抗腐蚀性能不好,会在使用过程中出现粘扣和不耐磨的情况,影响使用寿命。

3. 疲劳测试

--DWNM10165KSI标准为10万次,一般超过30万次;

--DWNM10280KSI标准为10万次,一般能达到30万次,在60KSI下超过1000万次,试样不断;

--DWNM103在60KSI下超过1000万次,试样不断

4. 材料均匀,表面无裂纹,单边扒皮2mm后,材料无任何裂纹。







表一

DWNM101无磁钢性能指标

公称直径

mm

屈服强度

RP0.2

抗拉强度

Rm

伸长率

A

收缩率

Z

冲击功

AkV

硬度

MPa

KSI

MPa

KSI

%

%

J

HB

不大于180

759

110

828

120

25

50

100

285-360

大于180

690

100

828

120

25

50

100

285-360

磁性能:

相对磁导率μr1.005

磁场梯度ΔB0.04μT

耐腐蚀检验

执行ASTM A262 E法,通过检验。

执行ASTM A262 A法,通过检验。

疲劳强度

10万转(至少) +/-65KSI

实测值超过30万次




表二

DWNM102无磁钢性能指标

公称直径

mm

屈服强度

RP0.2

抗拉强度

Rm

伸长率

A

收缩率

Z

冲击功

AkV

硬度

MPa

KSI

MPa

KSI

%

%

J

HB

不大于180

966

140

1035

150

20

50

100

300-425

大于180

897

130

1000

145

20

50

100

300-425

磁性能

相对磁导率μr1.005

磁场梯度ΔB0.04μT

耐腐蚀检验

执行ASTM A262 E法,通过检验。

执行ASTM A262 A法,通过检验。

对海水中的氯离子有很好的抗腐蚀能力。

疲劳强度

10万转(至少) +/-80KSI

实测值为30万次以上,最高达到47万次






表三

DWNM103无磁钢性能指标

(适用于高温,高腐蚀性的地质条件)

公称直径

mm

屈服强度

RP0.2

抗拉强度

Rm

伸长率

A

收缩率

Z

冲击功

AkV

硬度

MPa

KSI

MPa

KSI

%

%

J

HB

不大于180

966

140

1035

150

20

50

100

300-425

大于180

897

130

1000

145

20

50

100

300-425

磁性能

相对磁导率μr1.002

磁场梯度ΔB0.04μT






耐腐蚀检验

执行ASTM A262 E法,通过检验。

执行ASTM A262 A法,通过检验。

材料点腐蚀当量超过30,增强了材料对晶内腐蚀开裂和点蚀的抵抗能力。对海水中的氯离子有很好的抗腐蚀能力。

通过氯化镁应力腐蚀检验,超过1000小时,试样不断裂。


疲劳强度

1000万转(未断) +/-60KSI



 
 
 
 

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