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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：4250
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Carpenter的15-15LC和Bleckmann的P550。
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C、Cr、Mn、N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)和DWNM102(相当于国外的P550和15-15HS), 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
--DWNM101在65KSI下标准为10万次，一般超过30万次；
--DWNM102在80KSI下标准为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 |
≥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μr＜1.005
磁场梯度ΔB≤0.04μT
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μr＜1.005
磁场梯度ΔB≤0.04μT
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μr＜1.002
磁场梯度ΔB≤0.04μT
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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