本發明屬于鐵基合金領域，具體涉及一種海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料及其制備方法。
背景技術：
據國外權威機構預測，未來世界油氣總儲量的44％將來自海洋。海洋石油資源潛力巨大，已成為世界各大石油公司競爭的一個熱點領域。我國自20世紀60年代開始海洋油氣自營勘探開發，經過幾十年發展，目前國內油氣勘探開發企業已具備了海洋油氣田自主開發能力，國內裝備企業已經具有全面自主設計和建造淺海鉆井、采油平臺的能力，具備深水鉆井平臺設計建造能力。立足于近海大陸架、積極拓展深水領域是我國未來海洋油氣勘探開發的戰略目標。為實現這一目標，我國必須加快技術創新，縮短與世界先進水平的差距。
海洋鉆井平臺燃油系統是海洋鉆進平臺系統的重要組成部分，燃油系統在平臺上，船用柴油和陸地上的普通的柴油不太一樣，它的分子鏈相對較長。燃油系統需要有幾個大容積的艙來裝足夠柴油機燃燒的柴油，每天的耗油量約100噸。燃油可以通過重力的方式進入主機的噴油嘴，在高壓下高速進入汽缸，發火燃燒。多余的油返回管線或則油艙。在高速的旋轉下，離心力把不同比重的物質分離開來。調節比重環來分離不同比重的燃油，分離出來的油渣被排到分油機下的油渣柜里。因此，對于海洋鉆井平臺的燃油系統的材料會有別于其他系統的材料，需要其具有良好的耐高溫、防腐蝕、耐壓性能。但是，在海洋鉆井平臺這一仍在不斷完善的技術中，海洋鉆井平臺的燃油系統的材料在很大程度上處于摸索和不斷試驗階段。如何選擇和制造優良的、既防腐蝕又耐熱的海洋鉆井平臺燃油系統材料，是當前一個急需解決的問題。
技術實現要素：
為了克服上述不足，本發明的目的在于提供一種海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料及其制備方法，綜合考慮各成分的成本，優化各成分之間的比例，找到性價比最高的材料組方，加入稀土金屬，能夠有效地解決上述問題。
為了解決上述技術問題，本發明采取如下的技術方案：
一種海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料，所述合金材料的原料成分及其質量百分比為：C：0.10％～0.20％，Mn：0.40％～0.70％，P：0.03％～0.04％，S：0.03％～0.04％，Re：0.4％～0.6％，Mg：0.4％～0.6％，Sn：0.3％～0.4％，Si：0.5％～1.0％，Cr：4.0％～6.5％，Mo：0.45％～0.65％，Be：3.0％～4.0％，Zr：0.30％～0.40％，Ti：0.30％～0.40％，RE：0.20％～0.60％，其余為Fe。
進一步的，RE包括：Eu：0.10％～0.30％，Tb：0.10％～0.30％。
進一步的，原料成分及其質量百分比為：C：0.20％，Mn：0.40％，P：0.03％，S：0.04％，Re：0.6％，Mg：0.4％，Sn：0.3％，Si：0.75％，Cr：6.5％，Mo：0.60％，Be：3.0％，Zr：0.40％，Ti：0.35％，Eu：0.20％，Tb：0.10％，其余為Fe。
以下，對本發明中采用的合金的成分組成的限定理由進行說明，成分組成中涉及的％指質量％。
C：0.10％～0.20％，C在鋼材中可形成固溶體組織、提高鋼的強度，形成碳化物組織，可提高鋼的硬度及耐磨性。因此，C在鋼材中，含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，但塑性、韌性也會隨之降低，反之，含碳量越低，鋼的塑性、韌性越高，其強度、硬度也會隨之降低，為適應海洋條件及作業要求效果，本發明將海洋鉆井平臺燃油系統用材料中C含量規定為0.10％～0.20％，優選為0.20％。
Mn：0.40％～0.70％，Mn是一種弱脫氧劑，鋼材中添加Mn，不但有利于鋼材的抗蝕性，而且還能使鋼材的強度提高，并能降低熱裂紋傾向，改善鋼材的抗腐蝕性能和焊接性能。隨著Mn含量增加，鋼材強度有所提高，為適應海洋鉆井平臺燃油系統的具體實際的特殊需求，本發明將Mn含量規定為0.40％～0.70％，優選為0.40％。
P：0.03％～0.04％，磷對提高鋼材的抗拉強度有一定的作用，但同時又都增加鋼材的脆性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將P含量規定為0.03％～0.04％，優選為0.03％。
S：0.03％～0.04％，S可引起鋼材熱脆，降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強度和抗銹性等，一般建筑用鋼含硫量要求不超過0.055％，在焊接結構中應不超過0.050％。一定量的S與Mn在鋼材中形成MnS，有助于提高切削性的元素。在低于0.001％時添加效果不充分，超過0.15％則添加效果飽和，S會降低鐵水的流動性，阻止Fe3C分解，使鑄件產生氣孔、難于切削并降低其韌性，因此將S規定為0.03％～0.04％，優選為0.04％。
Re：0.40％～0.60％，錸能夠同時提高鎢、鉬、鉻的強度和塑性，為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將合金材料中Re含量規定為0.40％～0.60％，優選為0.60％。
Mg：0.40％～0.60％，在合金中加入少量的鎂，可提高強度和屈服極限，提高了合金的切削加工性。含鎂的合金具有優良的耐蝕性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將合金材料中Mg含量規定為0.40％～0.60％，優選為0.40％。
Sn：0.30％～0.40％，Sn是低熔點金屬，在合金可以略降低合金強度，但能改善切削性能。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將合金材料中Sn含量規定為0.30％～0.40％，優選為0.30％。
Si：0.5％～1.0％，Si可提高鋼材的耐熱性和耐蝕性，降低韌性和塑性，在鋼材中能降低熔點，改善流動性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將Si含量規定為0.5％～1.0％，優選為0.75％。
Cr：4.0％～6.5％，Cr在鋼材中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼材的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是鋼材的重要合金元素。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將Cr含量規定為4.0％～6.5％，優選為6.5％。
Mo：0.45％～0.65％，低含量的Mo能強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，提高鋼的耐熱性和高溫強度。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將材質中Mo含量規定為0.45％～0.65％，優選為0.60％。
Be：3.0％～4.0％，在合金中加人較高量Be時，可以加速以上合金時效進程并提高時效硬度。在合金中加入Be，可以加速時效硬化進程，提高硬度近1倍，同時還可增加時效析出相數目，減小其尺寸。本發明將合金材料中Be含量規定為3.0％～4.0％，優選為3.0％。
Zr：0.30％～0.40％，Zr是冶煉過程中的除氧、硫、磷劑，Zr能提高鋼的強度與硬度，尤其是鋼的持久強度及改善鋼的焊接性能，本發明將材料中Zr含量規定為0.30％～0.40％，優選為0.40％。
Ti：0.30％～0.40％，Ti是合金中常用的添加元素，鈦與成為結晶時的非自發核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作用，還能起到變質劑作用，增加晶核，細化晶粒。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將材質中Ti含量規定為0.30％～0.40％，優選為0.35％。
RE：0.20％～0.60％，稀土元素加入合金中，能夠提高合金材料的機械強度和抗腐蝕性，使合金熔鑄時增加成分過冷，細化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能有著明顯的影響，稀土金屬還能消除磁場及復雜的水文環境對海洋鉆井平臺燃油系統的不良影響，從而提高了海洋鉆井平臺的使用壽命，同時在承力相同的條件下，明顯減輕結構件重量。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺燃油系統的特殊需求，本發明將材料中RE含量規定為0.20％～0.60％，包括Eu：0.10％～0.30％，Tb：0.10％～0.30％，優選為Eu：0.20％，Tb：0.10％。在本發明中使用的稀土金屬含量較少，但是能夠起到很好的消磁和增加材料強度、耐磨性的作用，有利于降低成本。
本發明的另一個目的，在于提供一種海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料的制備方法，包括如下制作步驟：
步驟i、將待熔煉的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、RE單質按照材料成分比例，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在燒結溫度為930℃～950℃條件下熔融；
步驟ii、在金屬熔融的條件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si單質，并保溫20min～50min，攪拌均勻；
步驟iii、在惰性氣體加壓條件下冷卻至720℃，保溫20min～50min，再降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品。
進一步的，步驟i中，燒結的溫度為940℃～950℃時，RE的組成為Eu。
進一步的，步驟i中，燒結的溫度為950℃～960℃時，RE的組成為Eu和Tb。
進一步的，步驟iii中，冷卻的速率為40℃/min～50℃/min。
進一步的，步驟iii中，降溫的速率為40℃/min～50℃/min。
進一步的，步驟iii中，惰性氣體為氦氣或氪氣。
進一步的，步驟iii中，加壓的壓力為40Mpa～50Mpa。
本發明的優點是：
本發明所提供的海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品，制備的合金材料具有良好的抗磁、抗腐蝕、耐壓、耐高溫、受熱不易形變的性能。
具體實施方式
以下給出本發明的具體實施例，用來對本發明作進一步詳細說明。
實施例1
原料組分：
C：0.20％，Mn：0.40％，P：0.03％，S：0.04％，Re：0.6％，Mg：0.4％，Sn：0.3％，Si：0.75％，Cr：6.5％，Mo：0.60％，Be：3.0％，Zr：0.40％，Ti：0.35％，Eu：0.20％，Tb：0.10％，其余為Fe。
通過如下方法制備：
步驟i、將待熔煉的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu、Tb單質按照材料成分比例，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在燒結溫度為955℃條件下熔融；
步驟ii、在金屬熔融的條件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si單質，并保溫26min，攪拌均勻；
步驟iii、在氦氣加壓47Mpa條件下，以44℃/min的降溫速率冷卻至720℃，保溫26min，再以44℃/min的降溫速率降至室溫，得到海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品。
實施例2
原料組分：
C：0.10％，Mn：0.40％，P：0.03％，S：0.03％，Re：0.40％，Mg：0.40％，Sn：0.30％，Si：0.50％，Cr：4.0％，Mo：0.45％，Be：3.0％，Zr：0.30％，Ti：0.30％，Eu：0.20％，其余為Fe。
通過如下方法制備：
步驟i、將待熔煉的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu單質按照材料成分比例，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在燒結溫度為930℃條件下熔融；
步驟ii、在金屬熔融的條件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si單質，并保溫20min，攪拌均勻；
步驟iii、在氦氣加壓40Mpa條件下，以40℃/min的降溫速率冷卻至720℃，保溫20min，再以40℃/min的降溫速率降至室溫，得到海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品。
實施例3
原料組分：
C：0.20％，Mn：0.70％，P：0.04％，S：0.04％，Re：0.60％，Mg：0.60％，Sn：0.40％，Si：1.0％，Cr：6.5％，Mo：0.65％，Be：4.0％，Zr：0.40％，Ti：0.40％，Eu：0.30％，Tb：0.30％，其余為Fe。
通過如下方法制備：
步驟i、將待熔煉的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu單質按照材料成分比例，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在燒結溫度為960℃條件下熔融；
步驟ii、在金屬熔融的條件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si單質，并保溫50min，攪拌均勻；
步驟iii、在氪氣加壓40Mpa條件下，以50℃/min的降溫速率冷卻至720℃，保溫50min，再以50℃/min的降溫速率降至室溫，得到海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品。
實施例4
原料組分：
C：0.15％，Mn：0.55％，P：0.035％，S：0.035％，Re：0.50％，Mg：0.50％，Sn：0.35％，Si：0.75％，Cr：5.3％，Mo：0.55％，Be：3.5％，Zr：0.35％，Ti：0.35％，Eu：0.20％，Tb：0.20％，其余為Fe。
通過如下方法制備：
步驟i、將待熔煉的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu單質按照材料成分比例，加入水冷銅坩堝的真空室內，抽真空，在燒結溫度為950℃條件下熔融；
步驟ii、在金屬熔融的條件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si單質，并保溫35min，攪拌均勻；
步驟iii、在氪氣加壓40Mpa條件下，以45℃/min的降溫速率冷卻至720℃，保溫35min，再以45℃/min的降溫速率降至室溫，得到海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料成品。
實驗例1
抗磨性對比試驗：
本發明實施例1～4制備的海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料與普通燃油系統用材料在射流式沖刷腐蝕磨損試驗機上做漿料(石英砂+水)濕磨試驗，并作材料的抗腐蝕試驗，性能見表1。
表1抗磨性及硬度對比試驗結果
實驗例2
將本發明實施例1～4制備的海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料與普通淡水冷卻系統用材料的基本金屬特性相比較，其性能結果如下表2。
表2基本金屬特性性能比較
由上述試驗例可見，本發明合金材料的各項性能均高于普通燃油系統用材料，制備本發明合金的特殊材料用量少，相對成本低，更加適合用于海洋鉆井平臺燃油系統用合金材料。
以上僅為本發明的優選實施例及實驗例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。