一種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料的制備方法，制作步驟如下：準備原料，原料成分為：碳、錳、硫、磷、鎂、鉬、銻、鋅、鈷、硅、鉻、鎢、銅、鉈、釤、銩，其余為鐵；將鐵、錳、鎂、鉬、銻、鋅、鈷、鉻、鈷、銅、鉈、釤、銩單質按照材料成分比例，加入真空室內，抽真空，升溫至960℃~980℃將各金屬單質熔融；向金屬熔融液中加入碳、磷、硫、硅單質，混合旋轉1~3h，并保溫，融合均勻；在惰性氣體加壓條件下降溫至650℃回火，保溫，再升溫至950℃退火，保溫，最后降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品。本發明產品具有良好的防銹、耐壓、不易變形的性能。
【專利說明】
-種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料的制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于鐵基合金領域，具體設及一種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料 的制備方法。
【背景技術】
[0002] 海洋鉆井平臺經歷了一個比較漫長的發展過程，期間鉆井平臺無論在形式上、數 量上、還是在性能方面均發生了巨大變化，運是時代發展的必然規律。對各類平臺而言，每 種鉆井平臺的誕生都代表了各個時代的特征，并具有各自生存和發展的必然性。盡管目前 海洋鉆井平臺的利用率和日費水平都有所下降，但是海洋石油資源量作為陸上石油資源的 接替者的地位不會改變。在金融危機爆發前幾年的高油價時期，鉆井平臺公司在利益的驅 動下，帶動了新一輪的建造鉆井平臺的高峰，從2007年開始新建平臺的訂單數量不斷增長。 此外，一些造船廠根據W往的經驗和自身對經濟形勢的樂觀估計，除了建造承包商委托的 鉆井平臺之外，自己也建造了一部分投機性的鉆井平臺。
[0003] 通常海洋鉆井平臺的泥漿系統分成高壓和低壓兩個系統，它們之間的分割點就是 高壓泥漿累。累前屬于低壓，累后屬于高壓。泥漿供應系統，包括泥漿混合累，泥漿增壓累及 暫時存儲的小艙，用槽型鋼板做成。因此，泥漿系統的材料對于海洋鉆井平臺而言十分重 要;但是，在海洋鉆井平臺運一仍在不斷完善的技術中，海洋鉆井平臺泥漿系統的材料在很 大程度上處于摸索和不斷試驗階段，如何選擇和制造良好的防誘、耐壓、不易變形的泥漿系 統材料，是當前一個急需解決的問題。
【發明內容】
[0004] 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泥漿系統用合金材 料的制備方法，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±金屬，能夠有效地解決上述問題。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明采取如下的技術方案： 一種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料的制備方法，制作步驟如下： 步驟SOI、準備原料，原料成分及其質量百分比為:碳0.16%~0.24%，儘0.50%~1.50%，硫 0.03〇/〇~0.04〇/〇，憐0.03〇/〇~0.04〇/〇，儀0.30〇/〇~0.40〇/〇，鋼 1.40〇/〇~1.60〇/〇，錬 1.30〇/〇~1.70〇/〇，鋒0.30〇/〇~ 0.40〇/〇，鉆0.30〇/〇~0.40〇/〇，娃0.60〇/〇~1.50〇/〇，銘 11.5〇/〇~14.0〇/〇，鶴 1.0〇/〇~4.0〇/〇，銅 1.90〇/〇~2.20〇/〇，巧 3.0%~4.0%，衫0.10%~0.45%，鎊 0.10%~0.45%，其余為鐵； 步驟S02、將鐵、儘、儀、鋼、錬、鋒、鉆、銘、鉆、銅、巧、衫、鎊單質按照材料成分比例，加入 剛玉相蝸的真空室內，抽真空，升溫至960°C~980°C的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉烙 融； 步驟S03、在金屬烙融的條件下，按照材料成分比例向金屬烙融液中加入碳、憐、硫、娃 單質，混合旋轉^化，并保溫25min~50min，融合均勻； 步驟S04、在惰性氣體加壓條件下降溫至650°C回火，保溫25min~40min，再升溫至950°C 退火，保溫25min~40min，最后降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成 品。
[0006] 進一步地，步驟SOI中，原料成分及其質量百分比為:碳0.20%，儘1.0%，硫0.04%，憐 0.04%，儀0.35%，鋼1.46%，錬1.60%，鋒0.36%，鉆0.37%，娃1.0%，銘12.0%，鶴3.0%，銅2.0%，巧 3.60%，衫0.25%，鎊0.15%，其余為化。
[0007] 進一步地，步驟S02中，升溫具體為：首先W80~120°C/min的升溫速率升溫至500 °C，保溫^1.化，再W50~80°C/min的升溫速率升溫至960°C~980°C，保溫30~50min。
[000引進一步地，步驟S03中，旋轉的轉速為3500r/min~7000r/min。
[0009] 進一步地，步驟S04具體為： 曰、在氮氣或氣氣氣氛保護下，加壓條件下W45°C/min~55°C/min的降溫速率降溫至650 °C回火，保溫25min~40min; b、再W45°C/min~55°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫25min~40min; C、最后W45°C/min~55°C/min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系 統用合金材料成品。
[0010] 更進一步地，a中，所述加壓的條件為45Mpa~55Mpa。
[0011] W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，成分組成中設及 的%指質量％。
[0012] 碳0.16%~0.24%，碳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，碳在鋼材中，含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，但塑性、 初性也會隨之降低，反之，含碳量越低，鋼的塑性、初性越高，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泥漿系統用材料中碳含量規定為 0.16%~0.24%，優選為 0.20〇/〇。
[0013] 儘0.50%~1.50%，儘是一種弱脫氧劑合金中添加儘，不但有利于合金的抗蝕性，而 且還能使合金的強度提高，并能降低熱裂紋傾向，改善合金的抗腐蝕性能和焊接性能。隨著 儘含量增加，合金強度有所提高，為適應海洋鉆井平臺泥漿系統的具體實際的特殊需求，本 發明將儘含量規定為0.50%~1.50%，優選為1.0%。
[0014] 憐0.03%~0.04%，憐可提高強度，但嚴重降低塑性、沖擊初性、冷彎性能和可焊性， 尤其低溫時發生冷脆，含量需嚴格控制，一般不超過0.05%，焊接結構中不超過0.045%，考慮 到航海作業的具體實際，本發明將憐含量規定為0.03%~0.04%，優選為0.04%。
[0015] 硫0.03%~0.04%，硫可引起合金熱脆，降低合金的塑性、沖擊初性、疲勞強度等，一 定量的硫與儘在鋼材中形成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，使鑄件產生氣孔、難于切削并降低其初性，因此將硫規定 為0.03%~0.04%，優選為0.04〇/〇。
[0016] 儀0.30%~0.40%，在合金中加入少量的儀，可提高強度和屈服極限，提高了合金的 切削加工性。含儀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泥漿系統的 特殊需求，本發明將合金材料中儀含量規定為0.30%~0.40%，優選為0.35%。
[0017] 鋼1.40%~1.60%，低含量的鋼能強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；降低鋼的臨界 冷卻速度，提高鋼的澤透性;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 泥漿系統的特殊需求，本發明將材質中鋼含量規定為1.40%~1.60%，優選為1.46%。
[0018] 錬1.30%~1.70%，錬能提高鋼的回火脆性敏感程度、改善鋼的耐磨性，也能夠改善 鋼的抗蝕性、切削加工性能，但是對焊接性能不利，增加焊裂的敏感性。為適應海洋條件及 海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將材質中錬含量規定為1.30%~1.70%，優選為 1.60〇/〇。
[0019] 鋒0.30%~0.40%，鋒在合金中能提高流動性，增加熱脆性，降低耐蝕性，故應控制鋒 的含量在規定范圍中。含鋒量很高的合金卻具有較好的鑄造性能和機械性能，切削加工也 比較好，為適應海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將合金材料中鋒含 量規定為0.30%~0.40%，優選為0.34〇/〇。
[0020] 鉆0.30%~0.40%，鉆可W提高和改善鋼的高溫性能，增加其抗硬性，提高合金的抗 氧化性和耐蝕性能，為適應海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將材料 中鉆含量規定為0.30%~0.40%，優選為0.37%。
[0021] 娃0.60%~1.50%，娃是大多數壓鑄侶合金的主要元素。它能改善合金的鑄造性能。 娃與侶能組成固溶體。侶娃合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性，娃與侶形成共晶體，可提高 合金的高溫造型性，減少收縮率，無熱裂傾向。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的 特殊需求，本發明將娃含量規定為0.60%~1.50%，優選為1.0%。
[0022] 銘11.5%~14.0%，銘可W在侶中形成金屬間化合物，阻礙再結晶的形核和長大過 程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金初性和降低應力腐蝕開裂敏感性。但會場增加 澤火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色，本發明將合金材質中銘含量規定為11.5%~14.0%，優選 為 12.0〇/〇。
[0023] 鶴1.0%~4.0%，鶴烙點高，比重大，是貴重的合金元素。鶴與碳形成碳化鶴有很高的 硬度和耐磨性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將合金材料 中鶴含量規定為1.0%~4.0%，優選為3.0%。
[0024] 銅1.90%~2.20%，銅能提高鋼材合金的強度和初性，特別是大氣腐蝕性能。為適應 海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將材質中銅含量規定為1.90%~ 2.20%，優選為2.0〇/〇。
[00劇巧3.0%~4.0%，巧能顯著提高鋼的澤透性，細化晶粒并降低鋼的澤透性。增加鋼的 回火穩定性，有二次硬化作用。微量巧可在不影響鋼的塑性或初性的情況下，提高鋼的強 度。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺泥漿系統的特殊需求，本發明將材質中巧含量規定為 3.0%~4.0%，優選為 3.600/0。
[0026] 衫0.10%~0.45%，鎊0.10%~0.45%，稀±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，使合金烙鑄時增加成分過冷，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，還可降低烙體表面張力，增加流動性，有利于誘注成 錠，對工藝性能有著明顯的影響，稀±金屬還能消除磁場及復雜的水文環境對海洋鉆井平 臺泥漿系統的不良影響，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泥漿系統的特殊需求，本發明將材 料中衫0.10%~0.45%，鎊0.10%~0.45%，優選為衫0.25%，鎊0.15%。在本發明中使用的稀±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。
[0027] 本發明的優點是： 本發明所提供的海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品，制備的合金材料具有良 好的防誘、耐壓、不易變形的性能。
【具體實施方式】
[0028] W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。
[00巧]實施例1 步驟SO 1、準備原料，原料成分及其質量百分比為：碳0.16%，儘0.50%，硫0.03%，憐 0.03%，儀0.30%，鋼 1.40%，錬 1.30%，鋒0.30%，鉆0.30%，娃0.60%，銘 11.5%，鶴 1.0%，銅 1.90〇/〇， 巧3.0%，衫0.10%，鎊0.10%，其余為鐵。
[0030] 步驟S02、將鐵、儘、儀、鋼、錬、鋒、鉆、銘、鉆、銅、巧、衫、鎊單質按照材料成分比例， 加入剛玉相蝸的真空室內，抽真空，升溫至96(TC的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉烙 融;其中升溫具體為:首先W80°C/min的升溫速率升溫至500°C，保溫化，再W50°C/min的升 溫速率升溫至960°C，保溫30min。
[0031] 步驟S03、在金屬烙融的條件下，按照材料成分比例向金屬烙融液中加入碳、憐、 硫、娃單質，W3500;r/min的轉速混合旋轉化，并保溫25min，融合均勻。
[0032] 步驟S04、在氮氣氣氛保護下，在45Mpa的加壓條件下W45°C/min的降溫速率降溫 至650°C回火，保溫25min;再W45°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫25min;最后W 45°C/min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品。
[0033] 實施例2 步驟SOI、準備原料，原料成分及其質量百分比為：碳0.24%，儘1.50%，硫0.04%，憐 0.04%，儀0.40%，鋼 1.60%，錬 1.70%，鋒0.40%，鉆0.40%，娃 1.50%，銘 14.0%，鶴4.0%，銅 2.20〇/〇， 巧4.0%，衫0.45%，鎊0.45%，其余為鐵。
[0034] 步驟S02、將鐵、儘、儀、鋼、錬、鋒、鉆、銘、鉆、銅、巧、衫、鎊單質按照材料成分比例， 加入剛玉相蝸的真空室內，抽真空，升溫至98(TC的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉烙 融；其中升溫具體為:首先Wl20°C/min的升溫速率升溫至500°C，保溫1.化，再W80°C/min 的升溫速率升溫至980°C，保溫50min。
[0035] 步驟S03、在金屬烙融的條件下，按照材料成分比例向金屬烙融液中加入碳、憐、 硫、娃單質，W7〇〇〇r/min的轉速混合旋轉化，并保溫50min，融合均勻。
[0036] 步驟S04、在氣氣氣氛保護下，在55Mpa的加壓條件下W55°C/min的降溫速率降溫 至650°C回火，保溫40min;再W55°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫40min;最后W 55°C/min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品。
[0037] 實施例3 步驟SOI、準備原料，原料成分及其質量百分比為：碳0.20%，儘1.00%，硫0.035%，憐 0.035%，儀0.035%，鋼1.50%，錬1.50%，鋒0.35%，鉆0.35%，娃1.05%，銘12.6%，鶴2.50%，銅 2.05%，巧3.50%，衫0.26%，鎊0.26%，其余為鐵； 步驟S02、將鐵、儘、儀、鋼、錬、鋒、鉆、銘、鉆、銅、巧、衫、鎊單質按照材料成分比例，加入 剛玉相蝸的真空室內，抽真空，升溫至97(TC的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉烙融；其 中升溫具體為：首先WlOOtVmin的升溫速率升溫至500°C，保溫1.25h，再W65°C/min的升 溫速率升溫至970°C，保溫40min。
[0038] 步驟S03、在金屬烙融的條件下，按照材料成分比例向金屬烙融液中加入碳、憐、 硫、娃單質，W5500r/min的轉速混合旋轉化，并保溫38min，融合均勻； 步驟S04、在氮氣氣氛保護下，在50Mpa的加壓條件下W50°C/min的降溫速率降溫至650 °C回火，保溫33min;再W50°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫33min;最后W50°C/ min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品。
[0039] 實施例4 步驟SOI、準備原料，原料成分及其質量百分比為:碳0.20%，儘1.0%，硫0.04%，憐0.04%， 儀0.35%，鋼 1.46%，錬 1.60%，鋒0.36%，鉆0.37%，娃 1.0%，銘 12.0%，鶴3.0%，銅2.0%，巧3.60〇/〇， 衫0.25%，鎊0.15%，其余為化。
[0040] 步驟S02、將鐵、儘、儀、鋼、錬、鋒、鉆、銘、鉆、銅、巧、衫、鎊單質按照材料成分比例， 加入剛玉相蝸的真空室內，抽真空，升溫至965°C的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉烙 融；其中升溫具體為:首先Wl〇5°C/min的升溫速率升溫至500°C，保溫1.化，再W75°C/min 的升溫速率升溫至975°C，保溫45min。
[0041] 步驟S03、在金屬烙融的條件下，按照材料成分比例向金屬烙融液中加入碳、憐、 硫、娃單質，WSOOOr/min的轉速混合旋轉化，并保溫45min，融合均勻。
[0042] 步驟S04、在氣氣氣氛保護下，在55Mpa的加壓條件下W45°C/min的降溫速率降溫 至650°C回火，保溫35min;再W55°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫25min;最后W 52/min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成品。
[0043] 實驗例1 抗磨性對比試驗： 本發明實施例^4所制海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料與普通泥漿供給系統用 合金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。
[0044] 表1杭磨忡及硬麼對比試胎結果 實驗例2
將本發明實施例^4所制海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料與普通泥漿供給系統 用材料相比較，其性能結果如下表2。
[0045] 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泥漿系統用合金材料，審u 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泥漿供給系統 用合金材料。
[0046] W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W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。
【主權項】
1. 一種海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料的制備方法，其特征在于，制作步驟如 下： 步驟SO 1、準備原料，原料成分及其質量百分比為:碳0.16%~0.24%，錳0.50%~1.50%，硫 0·03%~0·04%，磷0·03%~0·04%，鎂0·30%~0·40%，鉬1·40%~1·60%，銻1·30%~1·70%，鋅0·30%~ 0·40%，鈷0·30%~0·40%，硅0·60%~1·50%，鉻11·5%~14·0%，鎢1·0%~4·0%，銅1·90%~2·20%，鉈 3 · 0%~4 · 0%，釤0 · 10%~0 · 45%，銩 0 · 10%~0 · 45%，其余為鐵； 步驟S02、將鐵、錳、鎂、鉬、銻、鋅、鈷、鉻、鈷、銅、鉈、釤、銩單質按照材料成分比例，加入 剛玉坩堝的真空室內，抽真空，升溫至960t>98(TC的溫度條件下將各金屬單質混合旋轉熔 融； 步驟S 0 3、在金屬恪融的條件下，按照材料成分比例向金屬恪融液中加入碳、磷、硫、娃 單質，混合旋轉1~3h，并保溫25min~50min，融合均勾； 步驟S04、在惰性氣體加壓條件下降溫至650°C回火，保溫25min~40min，再升溫至950°C 退火，保溫25min~40min，最后降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系統用合金材料成 品。2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S01中，所述原料成分及其質量百 分比為：碳0 · 20%，錳 1 · 0%，硫0 · 04%，磷0 · 04%，鎂0 · 35%，鉬 1 · 46%，銻 1 · 60%，鋅0 · 36%，鈷 0 · 37%，硅1 · 0%，鉻 12 · 0%，鎢3 · 0%，銅2 · 0%，鉈3 · 60%，釤 0· 25%，銩 0· 15%，其余為 Fe。3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S02中，所述升溫具體為：首先以 80~120°C/min的升溫速率升溫至500°C，保溫1~1.5h，再以50~80°C/min的升溫速率升溫至 960。0980。(：，保溫30~50min。4. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S03中，所述旋轉的轉速為3500r/ min~7000r/min〇5. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S04具體為： a、 在氮氣或氬氣氣氛保護下，加壓條件下以45°C/min~55°C/min的降溫速率降溫至650 °C回火，保溫25min~40min; b、 再以45°C/min~55°C/min的升溫速率升溫至950°C退火，保溫25min~40min; c、 最后以45°C/min~55°C/min的降溫速率降溫至室溫，得到海洋鉆井平臺泥漿供給系 統用合金材料成品。6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，a中，所述加壓的條件為45MPa~55MPa。
【文檔編號】C21D1/26GK106048384SQ201610442955
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】侯芬芳
【申請人】泉州市惠安閩投商貿有限公司