一种海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料的制备方法，制作步骤如下：准备原料，原料成分为：碳、锰、硫、磷、镁、钼、锑、锌、钴、硅、铬、钨、铜、铊、钐、铥，其余为铁；将铁、锰、镁、钼、锑、锌、钴、铬、钴、铜、铊、钐、铥单质按照材料成分比例，加入真空室内，抽真空，升温至960℃~980℃将各金属单质熔融；向金属熔融液中加入碳、磷、硫、硅单质，混合旋转1~3h，并保温，融合均匀；在惰性气体加压条件下降温至650℃回火，保温，再升温至950℃退火，保温，最后降温至室温，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品。本发明产品具有良好的防锈、耐压、不易变形的性能。
【专利说明】
-种海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料的制备方法
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泥浆供给系统用合金材料 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 海洋钻井平台经历了一个比较漫长的发展过程，期间钻井平台无论在形式上、数 量上、还是在性能方面均发生了巨大变化，运是时代发展的必然规律。对各类平台而言，每 种钻井平台的诞生都代表了各个时代的特征，并具有各自生存和发展的必然性。尽管目前 海洋钻井平台的利用率和日费水平都有所下降，但是海洋石油资源量作为陆上石油资源的 接替者的地位不会改变。在金融危机爆发前几年的高油价时期，钻井平台公司在利益的驱 动下，带动了新一轮的建造钻井平台的高峰，从2007年开始新建平台的订单数量不断增长。 此外，一些造船厂根据W往的经验和自身对经济形势的乐观估计，除了建造承包商委托的 钻井平台之外，自己也建造了一部分投机性的钻井平台。
[0003] 通常海洋钻井平台的泥浆系统分成高压和低压两个系统，它们之间的分割点就是 高压泥浆累。累前属于低压，累后属于高压。泥浆供应系统，包括泥浆混合累，泥浆增压累及 暂时存储的小舱，用槽型钢板做成。因此，泥浆系统的材料对于海洋钻井平台而言十分重 要;但是，在海洋钻井平台运一仍在不断完善的技术中，海洋钻井平台泥浆系统的材料在很 大程度上处于摸索和不断试验阶段，如何选择和制造良好的防诱、耐压、不易变形的泥浆系 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泥浆系统用合金材 料的制备方法，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： 一种海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料的制备方法，制作步骤如下： 步骤SOI、准备原料，原料成分及其质量百分比为: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，钢 1.40〇/〇~1.60〇/〇，錬 1.30〇/〇~1.70〇/〇，锋0.30〇/〇~ 0.40〇/〇，钻0.30〇/〇~0.40〇/〇，娃0.60〇/〇~1.50〇/〇，铭 11.5〇/〇~14.0〇/〇，鹤 1.0〇/〇~4.0〇/〇，铜 1.90〇/〇~2.20〇/〇，巧 3.0%~4.0%，衫0.10%~0.45%，镑 0.10%~0.45%，其余为铁； 步骤S02、将铁、儘、儀、钢、錬、锋、钻、铭、钻、铜、巧、衫、镑单质按照材料成分比例，加入 刚玉相蜗的真空室内，抽真空，升溫至960°C~980°C的溫度条件下将各金属单质混合旋转烙 融； 步骤S03、在金属烙融的条件下，按照材料成分比例向金属烙融液中加入碳、憐、硫、娃 单质，混合旋转^化，并保溫25min~50min，融合均匀； 步骤S04、在惰性气体加压条件下降溫至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，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成 品。
[0006] 进一步地，步骤SOI中，原料成分及其质量百分比为:碳0.20%，儘1.0%，硫0.04%，憐 0.04%，儀0.35%，钢1.46%，錬1.60%，锋0.36%，钻0.37%，娃1.0%，铭12.0%，鹤3.0%，铜2.0%，巧 3.60%，衫0.25%，镑0.15%，其余为化。
[0007] 进一步地，步骤S02中，升溫具体为：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引进一步地，步骤S03中，旋转的转速为3500r/min~7000r/min。
[0009] 进一步地，步骤S04具体为： 曰、在氮气或氣气气氛保护下，加压条件下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，得到海洋钻井平台泥浆供给系 统用合金材料成品。
[0010] 更进一步地，a中，所述加压的条件为45Mpa~55Mpa。
[0011] 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％。
[0012] 碳0.16%~0.24%，碳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，碳在钢材中，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泥浆系统用材料中碳含量规定为 0.16%~0.24%，优选为 0.20〇/〇。
[0013] 儘0.50%~1.50%，儘是一种弱脱氧剂合金中添加儘，不但有利于合金的抗蚀性，而 且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能和焊接性能。随着 儘含量增加，合金强度有所提高，为适应海洋钻井平台泥浆系统的具体实际的特殊需求，本 发明将儘含量规定为0.50%~1.50%，优选为1.0%。
[0014] 憐0.03%~0.04%，憐可提高强度，但严重降低塑性、冲击初性、冷弯性能和可焊性， 尤其低溫时发生冷脆，含量需严格控制，一般不超过0.05%，焊接结构中不超过0.045%，考虑 到航海作业的具体实际，本发明将憐含量规定为0.03%~0.04%，优选为0.04%。
[0015] 硫0.03%~0.04%，硫可引起合金热脆，降低合金的塑性、冲击初性、疲劳强度等，一 定量的硫与儘在钢材中形成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，使铸件产生气孔、难于切削并降低其初性，因此将硫规定 为0.03%~0.04%，优选为0.04〇/〇。
[0016] 儀0.30%~0.40%，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泥浆系统的 特殊需求，本发明将合金材料中儀含量规定为0.30%~0.40%，优选为0.35%。
[0017] 钢1.40%~1.60%，低含量的钢能强化铁素体，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 泥浆系统的特殊需求，本发明将材质中钢含量规定为1.40%~1.60%，优选为1.46%。
[0018] 錬1.30%~1.70%，錬能提高钢的回火脆性敏感程度、改善钢的耐磨性，也能够改善 钢的抗蚀性、切削加工性能，但是对焊接性能不利，增加焊裂的敏感性。为适应海洋条件及 海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将材质中錬含量规定为1.30%~1.70%，优选为 1.60〇/〇。
[0019] 锋0.30%~0.40%，锋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，为适应海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将合金材料中锋含 量规定为0.30%~0.40%，优选为0.34〇/〇。
[0020] 钻0.30%~0.40%，钻可W提高和改善钢的高溫性能，增加其抗硬性，提高合金的抗 氧化性和耐蚀性能，为适应海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将材料 中钻含量规定为0.30%~0.40%，优选为0.37%。
[0021] 娃0.60%~1.50%，娃是大多数压铸侣合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。 娃与侣能组成固溶体。侣娃合金具有极好的铸造性能和抗蚀性，娃与侣形成共晶体，可提高 合金的高溫造型性，减少收缩率，无热裂倾向。为适应海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的 特殊需求，本发明将娃含量规定为0.60%~1.50%，优选为1.0%。
[0022] 铭11.5%~14.0%，铭可W在侣中形成金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过 程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金初性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加 泽火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色，本发明将合金材质中铭含量规定为11.5%~14.0%，优选 为 12.0〇/〇。
[0023] 鹤1.0%~4.0%，鹤烙点高，比重大，是贵重的合金元素。鹤与碳形成碳化鹤有很高的 硬度和耐磨性。为适应海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将合金材料 中鹤含量规定为1.0%~4.0%，优选为3.0%。
[0024] 铜1.90%~2.20%，铜能提高钢材合金的强度和初性，特别是大气腐蚀性能。为适应 海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将材质中铜含量规定为1.90%~ 2.20%，优选为2.0〇/〇。
[00剧巧3.0%~4.0%，巧能显著提高钢的泽透性，细化晶粒并降低钢的泽透性。增加钢的 回火稳定性，有二次硬化作用。微量巧可在不影响钢的塑性或初性的情况下，提高钢的强 度。为适应海洋条件及海洋钻井平台泥浆系统的特殊需求，本发明将材质中巧含量规定为 3.0%~4.0%，优选为 3.600/0。
[0026] 衫0.10%~0.45%，镑0.10%~0.45%，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 台泥浆系统的不良影响，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泥浆系统的特殊需求，本发明将材 料中衫0.10%~0.45%，镑0.10%~0.45%，优选为衫0.25%，镑0.15%。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。
[0027] 本发明的优点是： 本发明所提供的海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品，制备的合金材料具有良 好的防诱、耐压、不易变形的性能。
【具体实施方式】
[0028] W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。
[00巧]实施例1 步骤SO 1、准备原料，原料成分及其质量百分比为：碳0.16%，儘0.50%，硫0.03%，憐 0.03%，儀0.30%，钢 1.40%，錬 1.30%，锋0.30%，钻0.30%，娃0.60%，铭 11.5%，鹤 1.0%，铜 1.90〇/〇， 巧3.0%，衫0.10%，镑0.10%，其余为铁。
[0030] 步骤S02、将铁、儘、儀、钢、錬、锋、钻、铭、钻、铜、巧、衫、镑单质按照材料成分比例， 加入刚玉相蜗的真空室内，抽真空，升溫至96(TC的溫度条件下将各金属单质混合旋转烙 融;其中升溫具体为: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] 步骤S03、在金属烙融的条件下，按照材料成分比例向金属烙融液中加入碳、憐、 硫、娃单质，W3500;r/min的转速混合旋转化，并保溫25min，融合均匀。
[0032] 步骤S04、在氮气气氛保护下，在45Mpa的加压条件下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，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品。
[0033] 实施例2 步骤SOI、准备原料，原料成分及其质量百分比为：碳0.24%，儘1.50%，硫0.04%，憐 0.04%，儀0.40%，钢 1.60%，錬 1.70%，锋0.40%，钻0.40%，娃 1.50%，铭 14.0%，鹤4.0%，铜 2.20〇/〇， 巧4.0%，衫0.45%，镑0.45%，其余为铁。
[0034] 步骤S02、将铁、儘、儀、钢、錬、锋、钻、铭、钻、铜、巧、衫、镑单质按照材料成分比例， 加入刚玉相蜗的真空室内，抽真空，升溫至98(TC的溫度条件下将各金属单质混合旋转烙 融；其中升溫具体为: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] 步骤S03、在金属烙融的条件下，按照材料成分比例向金属烙融液中加入碳、憐、 硫、娃单质，W7〇〇〇r/min的转速混合旋转化，并保溫50min，融合均匀。
[0036] 步骤S04、在氣气气氛保护下，在55Mpa的加压条件下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，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品。
[0037] 实施例3 步骤SOI、准备原料，原料成分及其质量百分比为：碳0.20%，儘1.00%，硫0.035%，憐 0.035%，儀0.035%，钢1.50%，錬1.50%，锋0.35%，钻0.35%，娃1.05%，铭12.6%，鹤2.50%，铜 2.05%，巧3.50%，衫0.26%，镑0.26%，其余为铁； 步骤S02、将铁、儘、儀、钢、錬、锋、钻、铭、钻、铜、巧、衫、镑单质按照材料成分比例，加入 刚玉相蜗的真空室内，抽真空，升溫至97(TC的溫度条件下将各金属单质混合旋转烙融；其 中升溫具体为：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] 步骤S03、在金属烙融的条件下，按照材料成分比例向金属烙融液中加入碳、憐、 硫、娃单质，W5500r/min的转速混合旋转化，并保溫38min，融合均匀； 步骤S04、在氮气气氛保护下，在50Mpa的加压条件下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，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品。
[0039] 实施例4 步骤SOI、准备原料，原料成分及其质量百分比为:碳0.20%，儘1.0%，硫0.04%，憐0.04%， 儀0.35%，钢 1.46%，錬 1.60%，锋0.36%，钻0.37%，娃 1.0%，铭 12.0%，鹤3.0%，铜2.0%，巧3.60〇/〇， 衫0.25%，镑0.15%，其余为化。
[0040] 步骤S02、将铁、儘、儀、钢、錬、锋、钻、铭、钻、铜、巧、衫、镑单质按照材料成分比例， 加入刚玉相蜗的真空室内，抽真空，升溫至965°C的溫度条件下将各金属单质混合旋转烙 融；其中升溫具体为: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] 步骤S03、在金属烙融的条件下，按照材料成分比例向金属烙融液中加入碳、憐、 硫、娃单质，WSOOOr/min的转速混合旋转化，并保溫45min，融合均匀。
[0042] 步骤S04、在氣气气氛保护下，在55Mpa的加压条件下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，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成品。
[0043] 实验例1 抗磨性对比试验： 本发明实施例^4所制海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料与普通泥浆供给系统用 合金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。
[0044] 表1杭磨忡及硬麼对比试胎结果 实验例2
将本发明实施例^4所制海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料与普通泥浆供给系统 用材料相比较，其性能结果如下表2。
[0045] 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泥浆系统用合金材料，审u 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泥浆供给系统 用合金材料。
[0046] W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W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。
【主权项】
1. 一种海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料的制备方法，其特征在于，制作步骤如 下： 步骤SO 1、准备原料，原料成分及其质量百分比为:碳0.16%~0.24%，锰0.50%~1.50%，硫 0·03%~0·04%，磷0·03%~0·04%，镁0·30%~0·40%，钼1·40%~1·60%，锑1·30%~1·70%，锌0·30%~ 0·40%，钴0·30%~0·40%，硅0·60%~1·50%，铬11·5%~14·0%，钨1·0%~4·0%，铜1·90%~2·20%，铊 3 · 0%~4 · 0%，钐0 · 10%~0 · 45%，铥 0 · 10%~0 · 45%，其余为铁； 步骤S02、将铁、锰、镁、钼、锑、锌、钴、铬、钴、铜、铊、钐、铥单质按照材料成分比例，加入 刚玉坩埚的真空室内，抽真空，升温至960t>98(TC的温度条件下将各金属单质混合旋转熔 融； 步骤S 0 3、在金属恪融的条件下，按照材料成分比例向金属恪融液中加入碳、磷、硫、娃 单质，混合旋转1~3h，并保温25min~50min，融合均勾； 步骤S04、在惰性气体加压条件下降温至650°C回火，保温25min~40min，再升温至950°C 退火，保温25min~40min，最后降温至室温，得到海洋钻井平台泥浆供给系统用合金材料成 品。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述原料成分及其质量百 分比为：碳0 · 20%，锰 1 · 0%，硫0 · 04%，磷0 · 04%，镁0 · 35%，钼 1 · 46%，锑 1 · 60%，锌0 · 36%，钴 0 · 37%，硅1 · 0%，铬 12 · 0%，钨3 · 0%，铜2 · 0%，铊3 · 60%，钐 0· 25%，铥 0· 15%，其余为 Fe。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S02中，所述升温具体为：首先以 80~120°C/min的升温速率升温至500°C，保温1~1.5h，再以50~80°C/min的升温速率升温至 960。0980。(：，保温30~50min。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S03中，所述旋转的转速为3500r/ min~7000r/min〇5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S04具体为： a、 在氮气或氩气气氛保护下，加压条件下以45°C/min~55°C/min的降温速率降温至650 °C回火，保温25min~40min; b、 再以45°C/min~55°C/min的升温速率升温至950°C退火，保温25min~40min; c、 最后以45°C/min~55°C/min的降温速率降温至室温，得到海洋钻井平台泥浆供给系 统用合金材料成品。6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，a中，所述加压的条件为45MPa~55MPa。
【文档编号】C21D1/26GK106048384SQ201610442955
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】侯芬芳
【申请人】泉州市惠安闽投商贸有限公司