[发明专利]一种无磁钻铤用高氮奥氏体不锈钢及其制造方法

说明书

一种无磁钻铤用高氮奥氏体不锈钢及其制造方法，属于不锈钢材料技术领域。该不锈钢成分重量百分数为：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，余量为Fe，同时：1.469≥Mn(wt.％)/Cr(wt.％)≥1.251。制造方法：非真空感应熔炼，电渣重熔，快锻机开坯锻造，径锻机终锻成型锻造，水冷处理。优点在于，通过控制Mn元素和Cr元素保证该不锈钢的足够的奥氏体单相区宽度。通过控制变形温度、变形量和变形速率以及锻后水冷等手段增强其钢坯的变形强化效果，同时避免有害析出相碳化物，使成品钢坯在锻后水冷状态下具有优异的相对磁导率、强度、韧性和耐晶间腐蚀的性能。

技术领域

本发明属于不锈钢材料技术领域，特别是涉及一种无磁钻铤用高氮奥氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

无磁钻铤是当今国内外深度在3000米以上的陆地、海洋油气开采工程中井下钻采的重要部件，由相对磁导率低于0.01的不锈钢材料制造成中空厚壁管材，为随钻测量仪器提供磁屏蔽的环境，保证对钻探方向进行实时修正。同时，无磁钻铤还与旋转导向系统联动，可以实现全井段定向钻进,并根据钻探要求实时调整井眼轨迹。由于井下苛刻的服役环境，还要求无磁钻铤材料具有极高的强度和耐蚀性能，同时还需要兼顾经济性。

从上世纪开始，无磁钻铤用材料经历了Cr-Ni奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金、Cr-Mn-N奥氏体不锈钢等几代的发展。最早使用的Cr-Ni奥氏体不锈钢，其力学性能如室温和高温强度、硬度、耐磨性等较差，产品寿命较短。为了保证耐蚀性能并延长服役寿命，采用了成本极高的Ni-Cu蒙乃尔合金，并未获得大规模发展。从上世纪60年代以来，随着Cr-Ni奥氏体不锈钢中以Mn、N代Ni技术的发展以及含N不锈钢制备技术的提高，Cr-Mn-N奥氏体不锈钢因其相对低的原材料成本和优良的力学、耐蚀性能很快替代了Cr-Ni不锈钢和蒙乃尔合金，成为制造高性能无磁钻铤的主流材料。

无磁钻铤用Cr-Mn-N奥氏体不锈钢目前可以分为两大类，一类是以追求高性能即力学性能(强度、韧性、硬度)和耐蚀性能(晶间腐蚀)为主，其成分特点是高Cr、高N，同时含Mo、含Ni，此类材料适用于服役环境较为苛刻的地层环境；另一类是以追求经济性同时兼具优良性能为主，其成分特点是中Cr、中Mn，同时无Mo、无Ni，此类材料适用于服役环境不太苛刻的地层环境，其原材料成本和成品价格仅为前者的一半左右。因其良好的性能和经济性广泛应用于许多油气钻采工程项目中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无磁钻铤用高氮奥氏体不锈钢及其制造方法，与现有无磁钻铤用经济型高氮奥氏体不锈钢材料相比，对Mn、Cr元素的含量范围和热加工工艺进行了优化；使其具有更高室温屈服强度和抗拉强度。同时使其在锻后具备优良的室温韧性、硬度和耐晶间腐蚀性能、极低的相对磁导率，并且经济、实用。

本发明的一种无磁钻铤用经济型高氮奥氏体不锈钢的各元素重量百分比为：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，余量为Fe。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述一种无磁钻铤用经济型高氮奥氏体不锈钢的Mn元素和Cr元素的质量百分比的比值处于1.251至1.469之间，即：

1.469≥Mn(wt.％)/Cr(wt.％)≥1.251

本发明的制造方法，包含以下工艺步骤：