本发明属于铁基合金领域，具体涉及一种海洋钻井平台燃油系统用合金材料及其制备方法。
背景技术：
据国外权威机构预测，未来世界油气总储量的44％将来自海洋。海洋石油资源潜力巨大，已成为世界各大石油公司竞争的一个热点领域。我国自20世纪60年代开始海洋油气自营勘探开发，经过几十年发展，目前国内油气勘探开发企业已具备了海洋油气田自主开发能力，国内装备企业已经具有全面自主设计和建造浅海钻井、采油平台的能力，具备深水钻井平台设计建造能力。立足于近海大陆架、积极拓展深水领域是我国未来海洋油气勘探开发的战略目标。为实现这一目标，我国必须加快技术创新，缩短与世界先进水平的差距。
海洋钻井平台燃油系统是海洋钻进平台系统的重要组成部分，燃油系统在平台上，船用柴油和陆地上的普通的柴油不太一样，它的分子链相对较长。燃油系统需要有几个大容积的舱来装足够柴油机燃烧的柴油，每天的耗油量约100吨。燃油可以通过重力的方式进入主机的喷油嘴，在高压下高速进入汽缸，发火燃烧。多余的油返回管线或则油舱。在高速的旋转下，离心力把不同比重的物质分离开来。调节比重环来分离不同比重的燃油，分离出来的油渣被排到分油机下的油渣柜里。因此，对于海洋钻井平台的燃油系统的材料会有别于其他系统的材料，需要其具有良好的耐高温、防腐蚀、耐压性能。但是，在海洋钻井平台这一仍在不断完善的技术中，海洋钻井平台的燃油系统的材料在很大程度上处于摸索和不断试验阶段。如何选择和制造优良的、既防腐蚀又耐热的海洋钻井平台燃油系统材料，是当前一个急需解决的问题。
技术实现要素：
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种海洋钻井平台燃油系统用合金材料及其制备方法，综合考虑各成分的成本，优化各成分之间的比例，找到性价比最高的材料组方，加入稀土金属，能够有效地解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：
一种海洋钻井平台燃油系统用合金材料，所述合金材料的原料成分及其质量百分比为：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％，其余为Fe。
进一步的，RE包括：Eu：0.10％～0.30％，Tb：0.10％～0.30％。
进一步的，原料成分及其质量百分比为：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％，其余为Fe。
以下，对本发明中采用的合金的成分组成的限定理由进行说明，成分组成中涉及的％指质量％。
C：0.10％～0.20％，C在钢材中可形成固溶体组织、提高钢的强度，形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。因此，C在钢材中，含碳量越高，钢的强度、硬度就越高，但塑性、韧性也会随之降低，反之，含碳量越低，钢的塑性、韧性越高，其强度、硬度也会随之降低，为适应海洋条件及作业要求效果，本发明将海洋钻井平台燃油系统用材料中C含量规定为0.10％～0.20％，优选为0.20％。
Mn：0.40％～0.70％，Mn是一种弱脱氧剂，钢材中添加Mn，不但有利于钢材的抗蚀性，而且还能使钢材的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善钢材的抗腐蚀性能和焊接性能。随着Mn含量增加，钢材强度有所提高，为适应海洋钻井平台燃油系统的具体实际的特殊需求，本发明将Mn含量规定为0.40％～0.70％，优选为0.40％。
P：0.03％～0.04％，磷对提高钢材的抗拉强度有一定的作用，但同时又都增加钢材的脆性。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将P含量规定为0.03％～0.04％，优选为0.03％。
S：0.03％～0.04％，S可引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等，一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055％，在焊接结构中应不超过0.050％。一定量的S与Mn在钢材中形成MnS，有助于提高切削性的元素。在低于0.001％时添加效果不充分，超过0.15％则添加效果饱和，S会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性，因此将S规定为0.03％～0.04％，优选为0.04％。
Re：0.40％～0.60％，铼能够同时提高钨、钼、铬的强度和塑性，为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将合金材料中Re含量规定为0.40％～0.60％，优选为0.60％。
Mg：0.40％～0.60％，在合金中加入少量的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。含镁的合金具有优良的耐蚀性。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将合金材料中Mg含量规定为0.40％～0.60％，优选为0.40％。
Sn：0.30％～0.40％，Sn是低熔点金属，在合金可以略降低合金强度，但能改善切削性能。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将合金材料中Sn含量规定为0.30％～0.40％，优选为0.30％。
Si：0.5％～1.0％，Si可提高钢材的耐热性和耐蚀性，降低韧性和塑性，在钢材中能降低熔点，改善流动性。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将Si含量规定为0.5％～1.0％，优选为0.75％。
Cr：4.0％～6.5％，Cr在钢材中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是钢材的重要合金元素。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将Cr含量规定为4.0％～6.5％，优选为6.5％。
Mo：0.45％～0.65％，低含量的Mo能强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性和高温强度。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将材质中Mo含量规定为0.45％～0.65％，优选为0.60％。
Be：3.0％～4.0％，在合金中加人较高量Be时，可以加速以上合金时效进程并提高时效硬度。在合金中加入Be，可以加速时效硬化进程，提高硬度近1倍，同时还可增加时效析出相数目，减小其尺寸。本发明将合金材料中Be含量规定为3.0％～4.0％，优选为3.0％。
Zr：0.30％～0.40％，Zr是冶炼过程中的除氧、硫、磷剂，Zr能提高钢的强度与硬度，尤其是钢的持久强度及改善钢的焊接性能，本发明将材料中Zr含量规定为0.30％～0.40％，优选为0.40％。
Ti：0.30％～0.40％，Ti是合金中常用的添加元素，钛与成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用，还能起到变质剂作用，增加晶核，细化晶粒。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将材质中Ti含量规定为0.30％～0.40％，优选为0.35％。
RE：0.20％～0.60％，稀土元素加入合金中，能够提高合金材料的机械强度和抗腐蚀性，使合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响，稀土金属还能消除磁场及复杂的水文环境对海洋钻井平台燃油系统的不良影响，从而提高了海洋钻井平台的使用寿命，同时在承力相同的条件下，明显减轻结构件重量。为适应海洋条件及海洋钻井平台燃油系统的特殊需求，本发明将材料中RE含量规定为0.20％～0.60％，包括Eu：0.10％～0.30％，Tb：0.10％～0.30％，优选为Eu：0.20％，Tb：0.10％。在本发明中使用的稀土金属含量较少，但是能够起到很好的消磁和增加材料强度、耐磨性的作用，有利于降低成本。
本发明的另一个目的，在于提供一种海洋钻井平台燃油系统用合金材料的制备方法，包括如下制作步骤：
步骤i、将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、RE单质按照材料成分比例，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为930℃～950℃条件下熔融；
步骤ii、在金属熔融的条件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si单质，并保温20min～50min，搅拌均匀；
步骤iii、在惰性气体加压条件下冷却至720℃，保温20min～50min，再降温至室温，得到海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品。
进一步的，步骤i中，烧结的温度为940℃～950℃时，RE的组成为Eu。
进一步的，步骤i中，烧结的温度为950℃～960℃时，RE的组成为Eu和Tb。
进一步的，步骤iii中，冷却的速率为40℃/min～50℃/min。
进一步的，步骤iii中，降温的速率为40℃/min～50℃/min。
进一步的，步骤iii中，惰性气体为氦气或氪气。
进一步的，步骤iii中，加压的压力为40Mpa～50Mpa。
本发明的优点是：
本发明所提供的海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品，制备的合金材料具有良好的抗磁、抗腐蚀、耐压、耐高温、受热不易形变的性能。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，用来对本发明作进一步详细说明。
实施例1
原料组分：
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％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
步骤i、将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu、Tb单质按照材料成分比例，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为955℃条件下熔融；
步骤ii、在金属熔融的条件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si单质，并保温26min，搅拌均匀；
步骤iii、在氦气加压47Mpa条件下，以44℃/min的降温速率冷却至720℃，保温26min，再以44℃/min的降温速率降至室温，得到海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品。
实施例2
原料组分：
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％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
步骤i、将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu单质按照材料成分比例，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为930℃条件下熔融；
步骤ii、在金属熔融的条件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si单质，并保温20min，搅拌均匀；
步骤iii、在氦气加压40Mpa条件下，以40℃/min的降温速率冷却至720℃，保温20min，再以40℃/min的降温速率降至室温，得到海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品。
实施例3
原料组分：
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％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
步骤i、将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu单质按照材料成分比例，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为960℃条件下熔融；
步骤ii、在金属熔融的条件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si单质，并保温50min，搅拌均匀；
步骤iii、在氪气加压40Mpa条件下，以50℃/min的降温速率冷却至720℃，保温50min，再以50℃/min的降温速率降至室温，得到海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品。
实施例4
原料组分：
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％，其余为Fe。
通过如下方法制备：
步骤i、将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu单质按照材料成分比例，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为950℃条件下熔融；
步骤ii、在金属熔融的条件下按照材料成分比例加入C、P、S、Be、Si单质，并保温35min，搅拌均匀；
步骤iii、在氪气加压40Mpa条件下，以45℃/min的降温速率冷却至720℃，保温35min，再以45℃/min的降温速率降至室温，得到海洋钻井平台燃油系统用合金材料成品。
实验例1
抗磨性对比试验：
本发明实施例1～4制备的海洋钻井平台燃油系统用合金材料与普通燃油系统用材料在射流式冲刷腐蚀磨损试验机上做浆料(石英砂+水)湿磨试验，并作材料的抗腐蚀试验，性能见表1。
表1抗磨性及硬度对比试验结果
实验例2
将本发明实施例1～4制备的海洋钻井平台燃油系统用合金材料与普通淡水冷却系统用材料的基本金属特性相比较，其性能结果如下表2。
表2基本金属特性性能比较
由上述试验例可见，本发明合金材料的各项性能均高于普通燃油系统用材料，制备本发明合金的特殊材料用量少，相对成本低，更加适合用于海洋钻井平台燃油系统用合金材料。
以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。