一種海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基合金領(lǐng)域，具體設(shè)及一種海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用合金材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金融危機(jī)對(duì)海洋油氣勘探開發(fā)構(gòu)成了沖擊。石油公司由于融資和低油價(jià)原因，上 游的勘探開發(fā)活動(dòng)減少，從而造成了大量的鉆井平臺(tái)閑置，日費(fèi)下降。浮式海洋鉆井平臺(tái)一 直保持比較高的利用率，但自升式海洋鉆井平臺(tái)的利用率下降到了歷史的低點(diǎn)，并隨著新 建平臺(tái)逐漸進(jìn)入市場，加快了老平臺(tái)的退役。隨著全球經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，全球?qū)τ蜌獾男枨?不斷增加，油價(jià)逐漸回升，海上的油氣投資和勘探開發(fā)必將更加活躍，新一輪的海洋鉆井平 臺(tái)需求高峰將卷±重來。如果油價(jià)一直保持高位水平，并保持一定的海洋油氣發(fā)現(xiàn)率，適合 深水、超深水和極地等惡劣環(huán)境的海洋鉆井平臺(tái)將是未來海洋鉆井平臺(tái)市場發(fā)展的一個(gè)主 要趨勢。
[0003] 海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)是海洋鉆進(jìn)平臺(tái)的重要組成部分，在海洋鉆井平臺(tái) 上，很多機(jī)械在運(yùn)行的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。比如柴油機(jī)，它燃燒柴油推動(dòng)活塞做功， 通過曲軸把能量傳遞出去。在運(yùn)個(gè)過程中，摩擦，燃燒產(chǎn)生的熱量都會(huì)使金屬產(chǎn)生疲勞，或 者會(huì)使機(jī)械的過熱保護(hù)裝置啟動(dòng)，使機(jī)械停止下來。還有很多機(jī)械設(shè)備需要冷卻，比如液壓 單元、發(fā)電機(jī)組、變頻器、空氣壓縮機(jī)、高壓泥漿累、絞車、推進(jìn)器剎車片、推進(jìn)器液壓單元 等。但是，海水是有腐蝕性的，讓它直接接觸去冷卻設(shè)備的話，就很容易造成機(jī)械的腐蝕。因 此，海洋鉆井平臺(tái)的海水冷卻系統(tǒng)材料是決定系統(tǒng)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，更是整個(gè)海洋鉆井平 臺(tái)的重要部件，如何選擇和制造優(yōu)良的、既防海水腐蝕又適合海洋鉆井平臺(tái)的海水冷卻系 統(tǒng)材料，是當(dāng)前一個(gè)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用合 金材料及其制備方法，綜合考慮各成分的成本，優(yōu)化各成分之間的比例，找到性價(jià)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(shù)問題，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案： 一種海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用合金材料，所述材料成分及其質(zhì)量百分比為：C: 0.04〇/〇~0.10〇/〇，Μη: 0.80〇/〇~1.50〇/〇，Re: 0.80〇/〇~1.50〇/〇，Be: 0.3〇/〇~0.4〇/〇，Zn: 0.4〇/〇~0.6〇/〇，Mg: 0.4〇/〇~ 0.6〇/〇，A1:0.3%~0.4%，Si : 1.0%~3.0%，吐：14.0%~22.0%，Ni : 7.5%~12.5%，Mo: 0.02%~0.05〇/〇， Sr: 3.0%~4.0%，RE: 0.20%~0.80%，其余為化。
[0006] 進(jìn)一步的，RE 包括，Dy: 0.10%~0.40%，Ce: 0.10%~0.40〇/〇。
[0007] 進(jìn)一步的，材料成分及其質(zhì)量百分比為:C: 0.08%，Μη: 1.50%，Re: 1.50%，Be: 0.34〇/〇， Zn：0.6%,Mg：0.4%,A1：0.35%,Si：2.0%,Cr：20.0%,Ni：10.0%,M〇：0.05%,Sr：3.50%,Dy： 0.20%，Ce: 0.30%，其余為化。
[0008] w下，對(duì)本發(fā)明中采用的合金的成分組成的限定理由進(jìn)行說明，成分組成中設(shè)及 的％指質(zhì)量％。
[0009] C:0.04%~0.10%，C在鋼材中可形成固溶體組織、提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)度、硬度就越高，但塑性、 初性也會(huì)隨之降低;反之，含碳量越低，鋼的塑性、初性越高，其強(qiáng)度、硬度也會(huì)隨之降低，為 適應(yīng)海洋條件及作業(yè)要求效果，本發(fā)明將海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用材料中C含量規(guī)定 為0.04%~0.10%，優(yōu)選為0.08〇/〇。
[0010] Μη: 0.80%~1.50%，Mn是一種弱脫氧劑，鋼材中添加 Μη，不但有利于鋼材的抗蝕性， 而且還能使鋼材的強(qiáng)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Μη含量增加，鋼材強(qiáng)度有所提高，為適應(yīng)海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的具體實(shí)際的特殊 需求，本發(fā)明將Μη含量規(guī)定為0.80%~1.50%，優(yōu)選為1.50%。
[0011] Re : 0.80%~1.50%，鍊能夠同時(shí)提高鶴、鋼、銘的強(qiáng)度和塑性，為適應(yīng)海洋條件及海 洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將P含量規(guī)定為0.80%~1.50%，優(yōu)選為1.50%。 [001^ Be :0.30%~0.40%，在合金中加人較高量Be時(shí)，可W加速W上合金時(shí)效進(jìn)程并提高 時(shí)效硬度。在合金中加入Be,可W加速時(shí)效硬化進(jìn)程，提高硬度近1倍，同時(shí)還可增加時(shí)效析 出相數(shù)目，減小其尺寸。本發(fā)明將合金材料中Be含量規(guī)定為0.30%~0.40%，優(yōu)選為0.34%。
[001引化:0.40%~0.60%，Zn在合金中能提高流動(dòng)性，增加熱脆性，降低耐蝕性，故應(yīng)控制 鋒的含量在規(guī)定范圍中。含鋒量很高的合金卻具有較好的鑄造性能和機(jī)械性能，切削加工 也比較好，為為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金材 料中化含量規(guī)定為0.40%~0.60%，優(yōu)選為0.600/0。
[0014] Mg: 0.40%~0.60%，在合金中加入少量的儀，可提高強(qiáng)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(yōu)良的耐蝕性。為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系 統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金材料中Mg含量規(guī)定為0.40%~0.60%，優(yōu)選為0.40%。
[00巧]A1:0.30%~0.40%，A1在煉鋼中起良好的脫氧作用，鋼中加入少量的A1，能細(xì)化鋼的 晶粒，提高鋼的強(qiáng)度，提高沖擊初性，提高鋼的抗氧化性能，提高不誘鋼對(duì)強(qiáng)氧化性酸類的 耐蝕能力。A1還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，侶與銘、娃合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮 性能和耐高溫腐蝕的能力。為適應(yīng)航海氣候條件及作業(yè)要求效果，本發(fā)明將A1含量規(guī)定為 0.30%~0.40%，優(yōu)選為 0.35〇/〇。
[0016] Si : 1.0%~3.0%，Si可提高鋼材的耐熱性和耐蝕性，降低初性和塑性;在鋼材中能降 低烙點(diǎn)，改善流動(dòng)性。為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將 Si含量規(guī)定為1.0%~3.0%，優(yōu)選為2.0〇/〇。
[0017] 吐：14.0%~22.0%，化在鋼材中，銘能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑 性和初性。銘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(yīng)海 洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將化含量規(guī)定為14.0%~22.0%，優(yōu) 選為20.0%。
[0018] Μ : 7.5%~12.5%，儀在鋼材中能提高合金的強(qiáng)度和硬度，降低耐蝕性，提高合金的 焊接性能。為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將材質(zhì)中Μ 含量規(guī)定為7.5%~12.5%，優(yōu)選為10.0%。
[0019] Μο:0.02%~0.05%，低含量的Mo能強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)度，為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái) 海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將材質(zhì)中Mo含量規(guī)定為0.02%~0.05%，優(yōu)選為0.05%。
[0020] Sr: 3.0%~4.0%，Sr有很強(qiáng)的吸收X射線福射功能和獨(dú)特的物理化學(xué)性能，為適應(yīng)海 洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金材料中Sr含量規(guī)定為3.0% ~4.0%，優(yōu)選為3.50%。
[0021 ] RE: 0.20%~0.80%，稀±元素加入合金中，能夠提高合金材料的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕 性，使合金烙鑄時(shí)增加成分過冷，細(xì)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(dòng)性，有利于誘注成錠，對(duì)工藝性能有 著明顯的影響;稀±金屬還能消除磁場及復(fù)雜的水文環(huán)境對(duì)海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的 不良影響，從而提高了海洋鉆井平臺(tái)的使用壽命;同時(shí)在承力相同的條件下，明顯減輕結(jié)構(gòu) 件重量。為適應(yīng)海洋條件及海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將材料中RE含 量規(guī)定為0.20%~0.80%，包括，Dy: 0.10%~0.40%，Ce : 0.10%~0.40%，優(yōu)選為Dy: 0.20%，Ce : 0.30%。在本發(fā)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(qiáng)度、 耐磨性的作用，有利于降低成本。
[0022] 本發(fā)明的另一個(gè)目的，在于提供一種海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用合金材料及其 制備方法，包括如下制作步驟： 步驟i、將待烙煉的Fe、Mn、Re、化、Mg、A1、Cr、Ni、Mo、Sr、RE按照材料成分比例，加入水冷 銅相蝸的真空室內(nèi)，抽真空，在燒結(jié)溫度為960°C~980°C條件下烙融； 步驟紐、在金屬烙融的條件下按照材料成分比例加入(：、86、51，并保溫3〇111山~4〇111山，攬 拌均勻； 步驟11、在惰性氣體加壓條件下冷卻至室溫得到海洋鉆井平臺(tái)海水冷卻系統(tǒng)用材料。