JPH04220197A - アースボーリングビットの摩擦支持面上に施される炭化チタン改質ハードフェーシング - Google Patents

アースボーリングビットの摩擦支持面上に施される炭化チタン改質ハードフェーシング

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JPH04220197A
JPH04220197A JP3017574A JP1757491A JPH04220197A JP H04220197 A JPH04220197 A JP H04220197A JP 3017574 A JP3017574 A JP 3017574A JP 1757491 A JP1757491 A JP 1757491A JP H04220197 A JPH04220197 A JP H04220197A
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エリック・シー・サリバン
Louis H Barnard
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に油井及びガス
井を掘削するのに使用されるアースボーリングビットに
関し、特に炭化チタン改質ハードフェーシング組成物を
支持面に施すことによって達成される回転カッタービッ
トの支持領域の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビットは地盤を掘削するので、ビットを
囲む研磨材が非常に破壊的な条件を作り出すと同時にビ
ットは次第に高い圧力及び温度を受ける。ビットの推定
耐用年数を延ばすために、回転カッタービットの支持面
を改善するために継続的な努力がなされている。
【０００３】現在、アースボーリングドリルビットの回
転可能なカッターの支持面は、通常浸炭し焼入れし、そ
して焼戻ししてて耐摩耗性を改善する。ガス浸炭は、ア
ースボーリングビットのヘッド部分の支持上に均一な硬
化層を作り出すためにこれまで利用されてきた既知の技
術である。固体浸炭は、アースボーリングドリルビット
の支持領域を処理するために現在利用されているもう一
つの技術である。粒状の浸炭コンパウンドは、処理の対
象となるドリルビット支持領域を囲む容器の中に入れら
れる。これまで使用されてきた支持面の他の表面処理法
として、硼化並びに浸炭及び硼化の組合せがある。
【０００４】上記の種類の表面処理は回転カッター型ロ
ックビットの有効寿命を延ばしたが、それぞれの方法は
不利な点を伴っていた。例えば、硼化された”硬化層”
は一般的に非常に硬く且つ薄い。結果として、硼化され
た面は熱処理した後に研磨して寸法精度を高めることは
できなかった。浸炭された支持面は、熱処理の後に表面
を研磨することはできるが、非常に速く摩耗し易い。
【０００５】回転カッター型ロックビットの支持面の耐
摩耗性を改善するための他の先行技術は、”硬質金属合
金”ハードフェーシング材料を施すことである。このよ
うな方法では、鉄基合金のようなハードフェーシング材
料は、酸素アセチレントーチを用いて溶接することによ
って軸受面に施される鋳造（ｃａｓｔ）ロッドとして供
給する。これらのハードフェーシング材料を用いて作ら
れた層は精密に表面を研磨して寸法精度を高めることは
できるが、望ましい改善された耐摩耗性を得ることはで
きなかった。摩擦支持面の表面処理は不利な点を伴うた
め、回転型ロックビットの摩擦支持面用の改善されたハ
ードフェーシング用材料を開発することに再び関心が向
けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、改善された
ハードフェーシング組成物を提供することを目的とする
。本発明の別の目的は、本発明のハードフェーシング組
成物を用いて、改善された耐摩耗性、耐付着性及び耐疲
労性を有する摩擦支持面付きアースボーリングビットを
製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】少なくとも一つの摩擦支
持面とビットのヘッドで軸受シャフトに保持された回転
可能なアースカッターを有するアースボーリングビット
を製造する方法においては、ハードフェーシング組成物
は最初に炭化チタンと硬質金属合金を組合せることによ
って形成する。ハードフェーシング組成物を、その後、
アースボーリングビットの摩擦支持面に施す。
【０００８】硬質金属合金は、鉄基硬質金属合金又はコ
バルト基硬質金属合金のどちらか一方でもよい。鉄基硬
質金属合金は本質的に以下の組成からなるものが最も好
ましい。すなわち、不純物を除き、 クロム　　　　　　　　　　　　約３０〜３５重量％ニ
ッケル　　　　　　　　　　約１０重量％コバルト　　
　　　　　　　　約１２重量％珪素　　　　　　　　　
　　　　　約５重量％炭素　　　　　　　　　　　　　
　約１〜３重量％鉄　　　　　　　　　　　　　　　　
残部の組成からなるものである。なお、全ての重量％は
硬質金属合金の全重量に基づく。
【０００９】ハードフェーシング組成物は、約５〜１５
重量％の炭化チタンと硬質金属合金を組合せることによ
って形成する。鉄基の硬質金属合金が粉末混合物として
供給するのが好ましい。粉末状の炭化チタンは、その後
、硬質金属合金の粉末と混合し、得られる粉末ブレンド
がロックビットの支持面にガスプラズマアーク溶接によ
って施す。
【００１０】好適なコバルト基硬質金属合金は本質的に
以下の組成からなる。すなわち、不純物を除き、炭素　
　　　　　　　　　　　　　約１〜３．５重量％ニッケ
ル　　　　　　　　　　約５重量％以下クロム　　　　
　　　　　　　　約２４〜３０重量％タングステン　　
　　　　約４〜約２０％コバルト　　　　　　　　　　
残部 の組成からなるものである。なお、全ての重量％は硬質
金属合金の全重量に基づく。
【００１１】ハードフェーシング組成物は約５〜１５体
積％の炭化チタンと硬質金属合金を組合せることによっ
て形成する。
【００１２】その他の目的、特徴及び有利な点は、以下
の記述から明らかであろう。
【００１３】図中の符号（１１）は、３つの全く同じヘ
ッド部分（１３）からなるアースボーリングビットを指
す。それぞれのヘッド（１３）は多数の地盤砕解歯（１
７）付きの回転可能なカッター（１５）を支持するもの
であり、ここでは歯は焼結炭化タングステンのインサー
トとして示されている。
【００１４】従って、３つのヘッド部分（１３）は、組
合わされて中空内部（１９）を有するヘッド又はボディ
を形成する。中空内部（１９）はその下端部で終了し、
複数（通常は３つ）の通路を形成する。それぞれの通路
は（示されてはいないが）坑底に向けて掘削して流体又
は泥を導くのに使用されるノズル（２１）を含む。
【００１５】それぞれのヘッド部分の滑剤の通路（２３
）は、片持された支持シャフト（２６）からなる支持手
段（２５）と滑剤の圧力補正装置及びレリーフ手段（２
７）との間に伸長している。
【００１６】滑剤は、封止手段（２９）、ここではＯリ
ングによって支持手段（２５）に保持される。それぞれ
の回転可能なカッター（１５）は、スナップリング（３
１）のような適切な手段によって支持シャフト（２６）
に保持される。シャフト（２６）の摩擦支持面の領域は
強調のため色を濃く示している。支持面は、又、回転可
能なカッター（１５）の内部上の当接面を構成すること
が理解できるであろう。これらの面が一般的に、ジャー
ナル、スラスト面、保持リングのみぞ及びパイロットピ
ンを含むことは、当業者には理解できるであろう。
【００１７】本発明に従って製造されるビットは、改善
されたハードフェーシング組成物を利用する。該組成物
は、望ましい範囲の量の炭化チタンを所定の”硬質金属
合金”型のハードフェーシング用材料に添加されること
によって形成する。「硬質金属合金型ハードフェーシン
グ用材料」とは市販の耐摩耗性合金、本発明の場合では
鉄基又はコバルト基系から選択される耐摩耗性合金を意
味する。本発明の目的に合う鉄基系の適切な硬質金属合
金は、『ＴＲＩＳＴＥＬＬＥ』という商標名でＣａｂｏ
ｔ　Ｓｔｅｌｌｉｔｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，　Ｓａｎｔ
ａ　Ｆｅ　Ｓｐｒｉｎｇｓ，　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａか
ら市販されている。これらの合金は、粉末状態で供給さ
れ、プラズマトランスファーアーク法の適用に非常に便
利である。３つの好適な組成は、表１に示す。
【００１８】本発明の実施に有用なコバルト系の硬質金
属合金は、Ｓｔｏｏｄｙ　Ｄｅｌｏｒｏ　Ｓｔｅｌｌｉ
ｔｅ，　Ｉｎｃ．，　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃａｒｉｆｏ
ｒｎｉａを含む多数のところから、『ステライト（ＳＴ
ＥＬＬＩＴＥ）』の商標名で市販されている。２つの好
適な組成は表２に示す。
【００１９】上記の種類の硬質金属合金は、表面仕上げ
及び溶接の消耗品の分野における当業者にはよく知られ
ているであろう。
【００２０】本発明のハードフェーシング組成物を形成
するために、硬質金属合金に、約５〜１５体積％の炭化
チタンが添加される。好ましくは粉末状の炭化チタンが
添加される。炭化チタンは、多くのところから入手可能
であり、約−３２５メッシュ、１０ミクロンから約＋３
２５メッシュ、−２００メッシュ、１０ミクロンまでの
範囲にわたる粒度が有用である。
【００２１】鉄基系の硬質金属合金を基にした好適なハ
ードフェーシング組成物は、本質的に以下の組成からな
る硬質金属合金からなる。すなわち、不純物を除き、ク
ロム　　　　　　　　　　　　約３０〜３５重量％ニッ
ケル　　　　　　　　　　約１０重量％以下コバルト　
　　　　　　　　　約１２重量％珪素　　　　　　　　
　　　　　　約５重量％炭素　　　　　　　　　　　　
　　約１〜３重量％鉄　　　　　　　　　　　　　　　
　残部の組成からなるものである。なお、全ての重量％
は硬質金属合金の全重量に基づく。上記のハードフェー
シング組成物は約５〜１５体積％の炭化チタンと組合さ
れる。
【００２２】コバルト基系の硬質金属合金に基づく好適
なハードフェーシング組成物は、本質的に以下の組成か
らなる硬質金属合金からなる。すなわち、不純物を除き
、 クロム　　　　　　　　　　　　約２４〜２８重量％ニ
ッケル　　　　　　　　　　約５重量％以下タングステ
ン　　　　　　約４〜２０重量％炭素　　　　　　　　
　　　　　　約１〜３．５重量％コバルト　　　　　　
　　　　残部 の組成からなるものである。なお、全ての重量％は硬質
金属合金の全重量に基づく。上記のハードフェーシング
組成物は約５〜１５体積％の炭化チタンと組合される。
【００２３】硬質金属合金は、好ましくは粉末の混合物
として与えられ、且つ炭化チタンは好ましくは粉末とし
てブレンドすることにより硬質金属合金と組合される。 粉末ブレンドは、その後、任意の簡便な技術によって所
定の金属表面に施すことが可能である。粉末ブレンドは
粉末供給のガスプラズマアーク溶接によって施されるの
が最も好ましい。ガスプラズマアーク溶接は、ビット製
造業における当業者にはよく知られている技術であり、
粉末のブレンドとして供給されるハードフェーシングを
施すための簡便な方法である。
【００２４】我々は、上で詳述された硬質金属合金の鉄
系に関してクロムはハードフェーシングを施した後固溶
体の形で存在することをことを見いだした。従って、ハ
ードフェーシング処理された支持面を浸炭することによ
り固溶体状のクロムの一部と反応させてさらに摩耗性能
を改善することができ有利である。ガス及び固体浸炭技
術は本発明の分野においては知られており、例えば米国
特許第４，６４３，０５１号の『Ｐａｃｋ　Ｃａｒｂｕ
ｒｉｚｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｆｏｒ　Ｅａｒｔｈ　
Ｂｏｒｉｎｇ　Ｄｒｉｌｌ　Ｂｉｔｓ』（１９８７年２
月１７日認可）（本発明の出願人に譲渡されている）の
明細書に詳述されている。
【００２５】
【実施例】本発明のハードフェーシングの有効性を試験
するために、実験用の支持部品が９３〜１２１℃（２０
０〜２５０°Ｆ）の温度で２７００ｋｇ（６，０００ｌ
ｂｓ）負荷され且つ１６８ＲＰＭの回転数で回転した。 実験用の発明の部品は、標準的な処理を受けた同様な部
品と比べて低い摩擦特性を示した。
【００２６】本発明のハードフェーシングの有効性はさ
らに７つの７−７／８”ＡＴＪ２２Ｓビットを製造して
試験された。 ここで、該ビットのコーンのジャーナル軸受面は浸炭、
焼入れ且つ焼戻しした面の上部に銀（０．００１２”＋
／−０．０００２”）をブラッシュめっき（ｂｒｕｓｈ
−ｐｌａｔｅ）された。ヘッドのジャーナル軸受面を、
ステライト６粉末と炭化チタンとのブレンドからなる組
成物を用いてハードフェーシングした。直径方向の軸受
クリアランスは０．００５６”＋／−０．００２４であ
った。実験室における試験によって予想されていたよう
にこれらのビットは、標準的な製法によるビットと比べ
て低い摩耗特性を示した。
【００２７】
【発明の効果】本発明は幾つかの有利な点を有する。本
発明の改善されたハードフェーシング組成物から作られ
た回転アースローリングビットは改善された耐摩耗性、
耐付着性及び耐疲労性を示す。摩擦支持面は、ハードフ
ェーシングを施した後、寸法的な精度を高めるために表
面を精密研磨することができる。その結果得られた支持
構造物の耐摩耗性は、支持ピンを浸炭しその後硼化する
という従来の技術によって作られたものと比べて非常に
改善されている。
【００２８】本発明の２つの態様を上で示したが、これ
らの態様に限定されることはなく種々の変更及び改変を
本発明の趣旨から逸脱することなく行うことは可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ローリングカッター型のアースボーリ
ングビットの一部縦断面斜視図であり、本発明のハード
フェーシング方法の適用対象である摩擦支持面を示す。
【符号の説明】
１１　　アースボーリングビット １３　　ヘッド部分 １５　　回転可能なカッター １７　　歯 １９　　中空内部 ２１　　ノズル ２３　　滑剤の通路 ２５　　支持手段 ２６　　支持シャフト ２７　　レリーフ手段 ２９　　封止手段 ３１　　スナップリング

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　少なくとも一つの摩擦支持面とビット
    のヘッドで軸受シャフトに保持された回転可能なカッタ
    ーとを有する種類のアースボーリングビットの製造方法
    であって、炭化チタンと硬質金属合金を組合せることに
    よってハードフェーシング組成物を形成し、そしてその
    ハードフェーシング組成物をアースボーリングビットの
    摩擦支持面に施すことを改善点とする前記方法。
  2. 【請求項２】　　硬質金属合金は鉄基硬質金属合金であ
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　硬質金属合金はコバルト基硬質金属合
    金である、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】　　不純物を除き、本質的に以下の組成か
    らなる硬質金属合金を選択し、 クロム　　　　　　　　　　　　約３０〜３５重量％ニ
    ッケル　　　　　　　　　　約１０重量％コバルト　　
    　　　　　　　　約１２重量％珪素　　　　　　　　　
    　　　　　約５重量％炭素　　　　　　　　　　　　　
    　約１〜３重量％鉄　　　　　　　　　　　　　　　　
    残部（全ての重量％は硬質金属合金の合計重量に基づく
    ）約５〜１５体積％の窒化チタンと硬質金属合金を組合
    せてハードフェーシング組成物を形成し、そしてそのハ
    ードフェーシング組成物をアースボーリングビットの摩
    擦支持面に施す、各工程からなる、請求項１記載の方法
    。
  5. 【請求項５】　　アースボーリングビットのハードフェ
    ース付き摩擦支持面を浸炭する、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】　　不純物を除き、本質的に以下の組成か
    らなる硬質金属合金を選択し、 炭素　　　　　　　　　　　　　　約１〜２．５重量％
    クロム　　　　　　　　　　　　約２８〜３０重量％タ
    ングステン　　　　　　約４〜１２重量％コバルト　　
    　　　　　　　　残部 （全ての重量％は硬質金属合金の合計重量に基づく）約
    ５〜１５体積％の窒化チタンと硬質金属合金を組合せて
    ハードフェーシング組成物を形成し、そしてそのハード
    フェーシング組成物をアースボーリングビットの摩擦支
    持面に施す、各工程からなる、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】　　不純物を除き、本質的に以下の組成か
    らなる硬質金属合金を選択し、 クロム　　　　　　　　　　　　約３５重量％ニッケル
    　　　　　　　　　　約１０重量％コバルト　　　　　
    　　　　　約１２重量％珪素　　　　　　　　　　　　
    　　約５重量％炭素　　　　　　　　　　　　　　約２
    重量％鉄　　　　　　　　　　　　　　　　残部　（全
    ての重量％は硬質金属合金の合計重量に基づく）５〜１
    ５体積％の粉末状炭化チタンと硬質金属合金粉末の混合
    物を組合せることによって、粉末のハードフェーシング
    組成物を形成し、そして その粉末状ハードフェーシング組成物をアースボーリン
    グビットの摩擦支持面に施す、各工程からなる請求項１
    記載の方法。
  8. 【請求項８】　　更にハードフェース付き摩擦支持面を
    浸炭する工程からなる、請求項７記載の方法。
JP3017574A 1990-02-08 1991-02-08 アースボーリングビットの摩擦支持面上に施される炭化チタン改質ハードフェーシング Pending JPH04220197A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US477239 1990-02-08
US07/477,239 US5038640A (en) 1990-02-08 1990-02-08 Titanium carbide modified hardfacing for use on bearing surfaces of earth boring bits

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Publication Number Publication Date
JPH04220197A true JPH04220197A (ja) 1992-08-11

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ID=23895102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3017574A Pending JPH04220197A (ja) 1990-02-08 1991-02-08 アースボーリングビットの摩擦支持面上に施される炭化チタン改質ハードフェーシング

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5038640A (ja)
EP (1) EP0441262B1 (ja)
JP (1) JPH04220197A (ja)
BR (1) BR9100518A (ja)
CA (1) CA2035285A1 (ja)
DE (1) DE69115066T2 (ja)

Cited By (3)

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