Мартенситностареющая сталь
МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, никель, алюминий , молибден, титан, железо, отличающаяся тем, что, с целью повьпления механических свойств и стойкости против наводороживания , она дополнительно содержит неодим, иттрий, церий, кальций при следующем соотношении компонентов, мае. %: 0,003-0,05 Углерод 17-20 Никель 0,6-0,8 Алюминий 2-3 Молибден 1,-1,7 Титан с В 0,005-0,01 Неодим 0,005-0,008 Иттрий (Л 0,001-0,008 Церий 0,05-0,07 Кал ьций Остальное Железо при выполнент1и услов}1я, что сумма титана и алюминия составляет 2,1-2,3.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК...Я0„„11 9462 А
3(51) С 22 С 38/14
ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТЖ1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ) H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3615092/22-02 (22) 06.07.83 (46) 23.08.84. Бюл. В 31 (72) Н.В.Звигинцев, В.А.Осминкин, П.И.Сопин, Г.П.Костенков, З.К.Костенкова, Б.М.Могутнов, Н.Г.Шапошников, С.К.Филатов и А.Б.Покровский (71) Уральский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт им. С.Г1.Кирова (53) 669..14.018.85-194(088.8) (56) 1. Перкас М.Д., Кардонский В.M.
Высокопрочные мартенситностареющие стали. M.; "Металлум>гия", 1970.
2. Звигинцев Н.В. Роль молибдена в пластичности мартенситностареюших сталей, содержащих титан. — ФММ, 1971, т. 31, вып. 3, с. 654-658. (54)(57) МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮ1ЦАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, никель, алюминий, молибден, титан, железо, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения механических свойств и стойкости против наводороживания, она дополнительно содержит неодим, иттрий, церий, кальций при следующем соотношении компонентов, мас. Е:
Углерод 0,003-0,05
Никель 17-20
Алюминий 0,6-0,8
Молибден 2-3
Титан 1,4-1,7
Неодим 0,005-0,01
Иттрий 0,005-0,008
Церий 0,001-0,008
Кал ьций 0,05-0,07
Железо Остальное при выполнении условия, что сумма титана и алюминия составляет 2,1-2,3
11094 62
Алюминий
Молибден
Титан
Неодим
Иттрий
Церий
Кальций
Железо
0 6-0,8
2-3
1,4-1, 7
0,005-0,01
0,005-0,008
0,001-0,008
0,05-0,07
Остальное
Изобретение относится к металлургии с-.àëè, в частности к изысканию высокопрочных сталей, предназначенных для изготовления тел качения шарошечных долот„ работоспособность которых, особенно при турбинном бурении, ограничена из-за весьма тяже-JIbK услОВий рабОты дОлота на забОе (высокие ударные нагрузки, повышенная температура - свыше 200 С боль t0 шое гидростатическое давление — до
1000 атм, наличие в промывочной жидкости твердых фаз рязбуренной породы, агрессивных газов, химических, реагентов и т.д.), 15
Известна мартенситностареющая сталь (1 ), содержащая, мас.%:
Углерод О, 53-0,6
Марганец 0,3-0,6
Кремний 0,8-1, 1
Медь До 0„25
Молибден 0,4-0, 6
Ванадий 0,15-0,25
ЖелезО ОСтаЛЬНОЕ
Недостатком данной стали являются низкие механические свойства..
Наиболее близкой к прецлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является мартенситностареющая сталь (2 ), содержащая., мас. 7:
Углерод 0,04
Никель 19,8
Алюминий 0,38
Титан 1,43
Молибден 2,83 3S
Марганец О, 18
Кремний 0,2
Железо Остальное
Известная сталь имеет удовлетворительный комплекс механических 40 свойств, однако к сталям, в условиях работы шарошечных долот, прецъявляются более высокие требования по твердости, износостойкости, теплостойкости, пластичности, стойкости против няВОдор Оживяния .
Целью изобретения является повышение механических свойств и стойкости против наводороживания.
Поставленная цель достигается 50 тем, что мартенситностареюшая сталь, содерл;ящяя углерод, никель, алюминий, молибден,, титан, железо, дополиительно содержит неодим, иттрий, церий, кальций при следующем соотно- 55 шенин компонентов, мас, 7.:
Углерод 0,,003-0 05
Н77К -ль 1! -20 при выполнении условия, что сумма титана и алюминия составляет 2,1-2,3.
Ограничение суммы титана и алюминия вызвано тем, что при превышении суммарного содержания этих элементов более 2,37. наблюдается резкое снижение ударной вязкости. Более низкое суммарное содержание не обеспечивает требуемую твердость (более 53 HRC) и прочность тел качения.
Стали выплавляют в открытой индукционной ZOO-килограь7мовой печи, в вакуумно-индуктивных печах емкостью 10, 100 и 500 кг. Расчетное количество редкоземельных элементов вводят в ванну в последний период плавки в виде металлических иттрия, неодима, а также ферроцерия, ферроиттрия и мишметалла. Слитки после кристаллизации гомогенизируют при
1150 С 6 ч, подвергают механической обдирке, куют на заготовки и закаливают от 830 С в воду. Готовые образцы, шарики и ролики подвергают старению при 480-500 С 8-10 ч.
В табл . 1 приведен химический состав трех плавок предпагаемой и известной сталей; в табл. 2 — механические свойства стали в закаленном от 830 С состоянии; в табл. 3 — то же, в состаренном при 480 С б ч состоянии; в табл . 4 — то же, после упрочняющей обработки и выдержки
30 мин в водном растворе сероводорода.
Предлагаемая сталь превосходит известную по характеристикам прочности., пластичности, ударной вязкости при испытаниях в водном растворе сероводорода.
Применение предлагаемой стали в качестве высокопрочного материала в условиях бурения нефтяных и газовых скважин взамен известной обеспечивает повышение механических свойств, осо бенно ударной вязкости при испытаниях как в атмосфере, так и и активных средах (водный раствор сероводорода).
Выдержка в атмосфере сероводорода известной стали приводит к резкому снижению прочности и ударной вязкос1109462
Таблица 1
Сталь
Ni Мо Т j Af. V Ce Nd V Ca
Предлагаемаяя
0,003 17,0 2,0 1,40 0,80 — 0,001 0,005 0,005 0,05
0,02 18,6 2,56 1,54 0,68 — 0,0035 0,006 0,007 0,06
0,05 20,0 3,0 1,70 0,6 †0,008 0,01 0,008 0,07
Извест-
0 04 19 8 2 82 1 43 0 38 ная
Т а б л и ц а 2
Механические свойства
Сталь в 1Па
Предлагаемая
i i 80-1220 64-67 1, 2-1, 3 25-26
1270-1320
1280-1330
1270-1320
1180-1230 63-66 1, 1-1,2 26,5-27
1170-1220 62-65 1,0-1,2 26,5-28,5
Извест1150-1200 60-63 0,8-1,0 24,5-26
1250-1300 ная ти, что является причиной хрупкого разрушения тел качения и выхода из строя долота. Выдержка предлагаемой стали в среде сероводорода не приводит к существенному изменению проч- S ностных и пластических свойств.
Сочетание высоких прочностных и пластических свойств, уменьшение разброса механических характеристик от образца к образцу обеспечивает повышение надежности и служебных характеристик.
Натурные испытания показали, что ресурс работы долота при изготовлении тел качения из предлагаемой стали увеличивается приблизительно на 10-15Х.
Полученный комплекс свойств позволяет применить предлагаемую сталь пля изготовления тел качения шарошечных долот, эксплуатируемых при повышенных температурах (200-400 С), давлениях (1000 атм), в активных средах.
Таблица3
Сталь е ° МПа
Е ж КСН НКС
Предлагаемая
2050-2 1 50
Т а б л и ц а 4
Сталь
C „МПа
4, Е KCU HRC
Предлагаемая
Известная 1860-1960
Составитель В.Брострем
Редактор И.Николайчук Техред О.,Неце Корректор В. Гирняк
Заказ 6009/20 Тираж 603 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
Филиал IIIIII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4
2100-2200
2150-2250
Известная 1800-2100
2000-2100
2050-2130
2 100-2200
1750-1850
1800-1900
1850-1950
1600-1800
1700-1780
1730-1840
1800-1900
1550-1700
48-53 О, 55-0, 65 53-54
47-52 0,5-0,55 53-55
45-50 0,45-0,5 54-55
36-40 0,3-0,4 51-52
45-50 0,55-0,6 53-54
42-46 0,45-0,5 53-54,5
40-45 0,5-0,45 54-55
35-38 0,2-0,3 5 1-52
