CN103228401A

CN103228401A - 一种抗高应力磨损的管焊条

Info

Publication number: CN103228401A
Application number: CN2011800488857A
Authority: CN
Inventors: 张烈华; 宋全胜
Original assignee: Kingdream PLC
Current assignee: Sinopec Oilfield Equipment Corp
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: WO2013063768A1; US9199338B2; US20140305922A1; CN103228401B

Abstract

本发明涉及一种抗高应力磨损的管焊条，用作耐磨层的敷焊，包括有焊管和装于焊管中的填料，其特征在于所述填料包括球形烧结碳化钨颗粒、球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：球形烧结碳化钨颗粒：65～90％，球形铸造碳化钨颗粒5～30％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～15％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。本发明由于混合使用了球形烧结碳化钨颗粒和球形铸造碳化钨颗粒，特别提高了敷焊层在高应力工况下的耐磨损能力，使该焊条所形成的耐磨敷焊层的整体耐磨性得到很大的提高，特别适合牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化。

Description

一种抗高应力磨损的管焊条

技术领域

本发明涉及一种抗高应力磨损的管焊条，用作耐磨层的敷焊，特别适合在高应力磨损工况下使用，可用于牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化，也可用于其它钢铁材料的表面强化。

背景技术

随着地质勘探钻井技术的进步，石油钻井对钻井工具的性能要求也越来越高，石油钻井钻头应对的工况也越来越复杂、越来越恶劣，对钻头上耐磨敷焊层的耐磨性也提出了越来越高的要求。

钻头上需要提高耐磨性的区域较多，从钻头的使用工况和耐磨性的要求看，一种是对低应力下的耐磨性要求较高，低应力下的耐磨性通常用ASTM G65标准方法测量评价；另一种是对高应力下的耐磨性要求较高，高应力下的耐磨性通常用ASTM B611标准方法测量评价。根据钻头使用工况的复杂性，在钻头的不同部位需要应用不同性能特点的敷焊焊条，以提高钻头的整体性能。高应力下的耐磨管焊条，其填料中的耐磨相经历了烧结碳化钨颗粒、球形烧结碳化钨颗粒、球形烧结碳化钨颗粒+机械粉碎的铸造碳化钨的不断改进。在中国专利200810155754.9中提出来了使用球形烧结碳化钨颗粒+表面处理过的铸造碳化钨+球形铸造碳化钨的专利技术，使这一类管焊条的性能有了进一步的提高。但就目前来说，如何选配更为优化的焊条填料，以提高和完善管焊条在高应力状态下的耐磨性能和焊接工艺性等仍然亟待进一步的探讨和解决。

技术问题

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种耐磨性能更高的抗高应力磨损的管焊条。

技术解决方案

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

包括有焊管和装于焊管中的填料，所述填料包括球形烧结碳化钨颗粒、球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：球形烧结碳化钨颗粒：65～90％，球形铸造碳化钨颗粒5～30％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～15％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。

按上述方案，所述球形烧结碳化钨颗粒由碳化钨粉与钴粉混合均匀后制成球形粒子再烧结而成，其中钴含量的重量百分比为2~6%，球形烧结碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为10~40目。

按上述方案，所述的球形铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为30~200目，其主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.0% ，铁0.15~ 0.50%，铬0.10~ 0.20%，钒0.10~ 0.20%。

按上述方案，所述的合金粉包括铁、硅、锰、铌和镍，各组分重量百分比为：铁12~20%，硅10~16%，锰45~53%，铌5~15%，镍5~15%。

按上述方案，所述的焊管和填料的重量百分比为：焊管20~35%，填料65~80%。

按上述方案，所述的焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计小于或等于0.20％。

按上述方案，所述有机粘结剂为酚醛树脂。

有益效果

本发明的有益效果在于：1、本发明在填料中选择球形铸造碳化钨作为主要的强化相，一方面，球形铸造碳化钨替代了现有技术中的机械粉碎的铸造碳化钨，极大地提高了硬度与耐磨性。球形铸造碳化钨相对于机械粉碎的铸造碳化钨或表面渗碳处理的铸造碳化钨，首先由于几何形状上的差别，承压能力和耐冲击能力就有极大提高；其次由于球形铸造碳化钨的硬度更高，通常机械粉碎的铸造碳化钨和表面渗碳处理的铸造碳化钨的硬度均在HV2200～2500，而球形铸造碳化钨的硬度在HV2600～3600，因此球形铸造碳化钨比机械粉碎的铸造碳化钨或表面渗碳处理的铸造碳化钨承受高应力的能力更强，具有更高的耐磨性，更适合在高应力状态下使用。另一方面，球形铸造碳化钨颗粒与球形烧结碳化钨颗粒的形状更接近，更有利于两种颗粒之间形成良好的级配与颗粒组合。2、本发明在填料中采用了钴含量更低的球形烧结碳化钨颗粒，应用球形烧结碳化钨颗粒的比例更大。球形烧结碳化钨颗粒是抗高应力磨损管焊条中最主要的耐磨相，减少球形烧结碳化钨颗粒中的钴含量，能进一步提高球形烧结碳化钨颗粒的硬度与耐磨性；同时，增加球形烧结碳化钨颗粒的用量，有利于提高敷焊层对高应力的承受能力。3、本发明对填料中的合金粉的组成进行了调整，铁、硅、锰、铌和镍的有机组合保证了焊条在焊接过程中有良好的焊接工艺性。4、本发明既保证了管焊条的焊接工艺性，又提高了焊条敷焊层在各种工况下的耐磨性，特别是提高了焊条敷焊层在高应力工况下的耐磨性，适合牙轮钻头和金刚石钻头的表面强化，也可用于其它钢铁材料的表面强化。5、用机械粉碎的铸造碳化钨部分地替代球形铸造碳化钨颗粒，机械粉碎的铸造碳化钨的用量不超过球形铸造碳化钨颗粒的用量，这将有所降低焊条的耐磨损性能，但可使焊条的制造成本降低。

按本发明的技术方案设计试制了几种管焊条，分别进行了焊接工艺性评价，应用ASTM G65和ASTM B611标准方法进行了敷焊层耐磨性的测量评价，并与国际上现有的性能先进的同类管焊条的性能进行了对比，对比结果如下：

现用焊条焊接工艺性合格，ASTM B611磨损量0.5362（克），ASTM G65磨损量0.5996（克）。

本发明焊条1焊接工艺性合格，ASTM B611磨损量0.4056（克），ASTM G65磨损量0.5378（克），ASTM B611耐磨性对比提高32.2（%），ASTM G65耐磨性对比提高11.5（%）。

本发明焊条2焊接工艺性合格，ASTM B611磨损量0.3747（克），ASTM G65磨损量0.4887（克），ASTM B611耐磨性对比提高43.1（%），ASTM G65耐磨性对比提高22.7（%）。

本发明焊条3焊接工艺性合格，ASTM B611磨损量0.4065（克），ASTM G65磨损量0.5112（克），ASTM B611耐磨性对比提高31.9（%），ASTM G65耐磨性对比提高17.3（%）。

附图说明

图1为本发明一个实施例焊条敷焊层的显微组织照片，图1中标记A为球形烧结碳化钨颗粒，标记B为球形铸造碳化钨颗粒。

图2为本发明另一个实施例焊条堆焊层的显微组织照片，图2中标记A为球形烧结碳化钨颗粒，标记B为球形铸造碳化钨颗粒，标记C为机械粉碎的铸造碳化钨颗粒。

本发明的最佳实施方式

实施例2：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由70%的球形烧结碳化钨颗粒、25%的球形铸造碳化钨颗粒、4%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，球形烧结碳化钨颗粒粒度是10~30目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是60~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁15%、硅15%、锰50%、铌10%、镍10%，填料所占管焊条的重量百分比为73%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高40%，ASTM G65标准方法测量低应力下的耐磨性提高15%以上，表现出明显的性能优势。

本发明的实施方式

实施例1：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由88%的球形烧结碳化钨颗粒、5%的球形铸造碳化钨颗粒、6%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，球形烧结碳化钨颗粒粒度是16~30目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是60~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁18%、硅12%、锰48%、铌11%、镍11%，填料所占管焊条的重量百分比为67%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM B611标准方法测量高应力下敷焊层的耐磨性提高30%，ASTM G65标准方法测量低应力下的耐磨性提高10%以上，表现出明显优势。

本发明的实施方式

实施例3：按照本发明的技术方案设计制造了一种管焊条，管焊条的填料按重量百分比计由70%的球形烧结碳化钨颗粒、13%的球形铸造碳化钨颗粒、12%的机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、4%合金粉和1%的有机粘结剂组成，其中，球形烧结碳化钨颗粒粒度是20~40目，球形铸造碳化钨颗粒粒度是30~200目，上述粒度均按美国标准筛，合金粉各组分占合金粉的重量百分比为铁15%、硅15%、锰50%、铌10%、镍10%，填料所占管焊条的重量百分比为73%。焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计0.05~0.11%。实验结果表明与现有国际先进的同类产品相比，ASTM B611标准方法测量高应力下的耐磨性提高30%，ASTM G65标准方法测量低应力下的耐磨性提高15%以上，表现出较好的性能优势。

Claims

1、一种抗高应力磨损的管焊条，包括有焊管和装于焊管中的填料，其特征在于所述填料包括球形烧结碳化钨颗粒、球形铸造碳化钨颗粒、机械粉碎的铸造碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂，各组分的重量百分比为：球形烧结碳化钨颗粒：65～90％，球形铸造碳化钨颗粒5～30％，机械粉碎的铸造碳化钨颗粒0～15％，合金粉2～6％，有机粘结剂0.2～1％。

2、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形烧结碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为10~40目。

3、按权利要求2所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形烧结碳化钨颗粒由碳化钨粉与钴粉混合均匀后制成球形粒子再烧结而成，其中钴含量的重量百分比为2~6%。

4、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形铸造碳化钨颗粒的粒度按美国标准筛为30~200目。

5、按权利要求4所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的球形铸造碳化钨颗粒主要化学成份按重量百分比计钨大于或等于95.00%，碳3.85～4.0% ，铁0.15~ 0.50，铬0.10~ 0.20，钒0.10~ 0.20。

6、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的合金粉包括铁、硅、锰、铌和镍，各组分重量百分比为：铁12~20%，硅10~16%，锰45~53%，铌5~15%，镍5~15%。

7、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的焊管和填料的重量百分比为：焊管20~35%，填料65~80%。

8、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述的焊管由低碳钢薄板卷成，低碳钢的碳含量按重量百分比计小于或等于0.20％。

9、按权利要求1所述的抗高应力磨损的管焊条，其特征在于所述有机粘结剂为酚醛树脂。