无磁钢材料的技术突破

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

在山西圣奥科技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，SA-1(相当于国外的P530)和SA-2(相当于国外的P550和15-15HS), SA-3(相当于国外的P650)。

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

--SA-1在65KSI下标准为10万次，一般超过30万次；

--SA-2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；

--SA-3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

SA-1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

SA-2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

SA-3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