一种海洋钻井平台海水冷却系统用合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铁基合金领域，具体设及一种海洋钻井平台海水冷却系统用合金材料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 金融危机对海洋油气勘探开发构成了冲击。石油公司由于融资和低油价原因，上 游的勘探开发活动减少，从而造成了大量的钻井平台闲置，日费下降。浮式海洋钻井平台一 直保持比较高的利用率，但自升式海洋钻井平台的利用率下降到了历史的低点，并随着新 建平台逐渐进入市场，加快了老平台的退役。随着全球经济的逐步复苏，全球对油气的需求 不断增加，油价逐渐回升，海上的油气投资和勘探开发必将更加活跃，新一轮的海洋钻井平 台需求高峰将卷±重来。如果油价一直保持高位水平，并保持一定的海洋油气发现率，适合 深水、超深水和极地等恶劣环境的海洋钻井平台将是未来海洋钻井平台市场发展的一个主 要趋势。
[0003] 海洋钻井平台海水冷却系统是海洋钻进平台的重要组成部分，在海洋钻井平台 上，很多机械在运行的时候都会产生大量的热量。比如柴油机，它燃烧柴油推动活塞做功， 通过曲轴把能量传递出去。在运个过程中，摩擦，燃烧产生的热量都会使金属产生疲劳，或 者会使机械的过热保护装置启动，使机械停止下来。还有很多机械设备需要冷却，比如液压 单元、发电机组、变频器、空气压缩机、高压泥浆累、绞车、推进器刹车片、推进器液压单元 等。但是，海水是有腐蚀性的，让它直接接触去冷却设备的话，就很容易造成机械的腐蚀。因 此，海洋钻井平台的海水冷却系统材料是决定系统质量好坏的关键，更是整个海洋钻井平 台的重要部件，如何选择和制造优良的、既防海水腐蚀又适合海洋钻井平台的海水冷却系 统材料，是当前一个急需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 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海水冷却系统用合 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±金属，能够有效地解决上述问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案： 一种海洋钻井平台海水冷却系统用合金材料，所述材料成分及其质量百分比为：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%，其余为化。
[0006] 进一步的，RE 包括，Dy: 0.10%~0.40%，Ce: 0.10%~0.40〇/〇。
[0007] 进一步的，材料成分及其质量百分比为: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%，其余为化。
[0008] w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，成分组成中设及 的％指质量％。
[0009] C:0.04%~0.10%，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、 初性也会随之降低;反之，含碳量越低，钢的塑性、初性越高，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海水冷却系统用材料中C含量规定 为0.04%~0.10%，优选为0.08〇/〇。
[0010] Μη: 0.80%~1.50%，Mn是一种弱脱氧剂，钢材中添加 Μη，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Μη含量增加，钢材强度有所提高，为适应海洋钻井平台海水冷却系统的具体实际的特殊 需求，本发明将Μη含量规定为0.80%~1.50%，优选为1.50%。
[0011] Re : 0.80%~1.50%，鍊能够同时提高鹤、钢、铭的强度和塑性，为适应海洋条件及海 洋钻井平台海水冷却系统的特殊需求，本发明将P含量规定为0.80%~1.50%，优选为1.50%。 [001^ Be :0.30%~0.40%，在合金中加人较高量Be时，可W加速W上合金时效进程并提高 时效硬度。在合金中加入Be,可W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0.30%~0.40%，优选为0.34%。
[001引化:0.40%~0.60%，Zn在合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制 锋的含量在规定范围中。含锋量很高的合金却具有较好的铸造性能和机械性能，切削加工 也比较好，为为适应海洋条件及海洋钻井平台海水冷却系统的特殊需求，本发明将合金材 料中化含量规定为0.40%~0.60%，优选为0.600/0。
[0014] Mg: 0.40%~0.60%，在合金中加入少量的儀，可提高强度和屈服极限，提高了合金的 切削加工性。含儀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海水冷却系 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%。
[00巧]A1:0.30%~0.40%，A1在炼钢中起良好的脱氧作用，钢中加入少量的A1，能细化钢的 晶粒，提高钢的强度，提高冲击初性，提高钢的抗氧化性能，提高不诱钢对强氧化性酸类的 耐蚀能力。A1还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，侣与铭、娃合用，可显著提高钢的高溫不起皮 性能和耐高溫腐蚀的能力。为适应航海气候条件及作业要求效果，本发明将A1含量规定为 0.30%~0.40%，优选为 0.35〇/〇。
[0016] Si : 1.0%~3.0%，Si可提高钢材的耐热性和耐蚀性，降低初性和塑性;在钢材中能降 低烙点，改善流动性。为适应海洋条件及海洋钻井平台海水冷却系统的特殊需求，本发明将 Si含量规定为1.0%~3.0%，优选为2.0〇/〇。
[0017] 吐：14.0%~22.0%，化在钢材中，铭能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑 性和初性。铭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海水冷却系统的特殊需求，本发明将化含量规定为14.0%~22.0%，优 选为20.0%。
[0018] Μ : 7.5%~12.5%，儀在钢材中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性，提高合金的 焊接性能。为适应海洋条件及海洋钻井平台海水冷却系统的特殊需求，本发明将材质中Μ 含量规定为7.5%~12.5%，优选为10.0%。
[0019] Μο:0.02%~0.05%，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，提高钢的泽透性;提高钢的耐热性和高溫强度，为适应海洋条件及海洋钻井平台 海水冷却系统的特殊需求，本发明将材质中Mo含量规定为0.02%~0.05%，优选为0.05%。
[0020] Sr: 3.0%~4.0%，Sr有很强的吸收X射线福射功能和独特的物理化学性能，为适应海 洋条件及海洋钻井平台海水冷却系统的特殊需求，本发明将合金材料中Sr含量规定为3.0% ~4.0%，优选为3.50%。
[0021 ] RE: 0.20%~0.80%，稀±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，使合金烙铸时增加成分过冷，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。还可降低烙体表面张力，增加流动性，有利于诱注成锭，对工艺性能有 着明显的影响;稀±金属还能消除磁场及复杂的水文环境对海洋钻井平台海水冷却系统的 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海水冷却系统的特殊需求，本发明将材料中RE含 量规定为0.20%~0.80%，包括，Dy: 0.10%~0.40%，Ce : 0.10%~0.40%，优选为Dy: 0.20%，Ce : 0.30%。在本发明中使用的稀±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。
[0022] 本发明的另一个目的，在于提供一种海洋钻井平台海水冷却系统用合金材料及其 制备方法，包括如下制作步骤： 步骤i、将待烙炼的Fe、Mn、Re、化、Mg、A1、Cr、Ni、Mo、Sr、RE按照材料成分比例，加入水冷 铜相蜗的真空室内，抽真空，在烧结溫度为960°C~980°C条件下烙融； 步骤紐、在金属烙融的条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，揽 拌均匀； 步骤11、在惰性气体加压条件下冷却至室溫得到海洋钻井平台海水冷却系统用材料。