一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金及制备方法
【专利摘要】一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金，其化学成分重量百分比范围是：Al、4.0-9.0%，Mo、0.5-5.0%，Nb、1-5%，Zr、1-5%，余量为Ti。其制备方法包括混料、压制电极棒、真空自耗两次熔炼成合金铸锭。本发明专利的钛合金可以很好地解决现有P110钢级油、气井管材料耐H2S、CO2腐蚀性能不足问题，同时可以实现40%的减重，大大降低钻机功率。对我国的石油、天然气开采能力将会有较大的提升。
【专利说明】一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钛合金材料领域，尤其是涉及一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金及制备方法。
【背景技术】
[0002]石油、天然气钻探和开采过程中多使用镍基合金管和高铬不锈钢管。但随着石油资源的紧缺，井况较好、深度不大的油、气井已不多，越来越多的油、气井集中在地下环境比较恶劣的地区，如目前我国的主采区四川盆地就是这种情况，这一地区的油、气井富含H2S、C02，井况相当恶劣。目前常用的高铬不锈钢钢管经常出现腐蚀泄露的情况，给生产单位以及人民群众带来巨大的经济损失。
[0003]除了耐腐蚀性能不足的问题外，采用镍基合金管和不锈钢管作为油井管，还有以下问题:1)镍基合金中大量使用的镍为国家战略资源，油井管的用量预计2015年需求量将达600万吨，镍的大量使用对国家安全不利。2)镍基合金管和不锈钢管的比重较大，对配套钻机的要求较高。如新疆地区最深的油井达7000米，全部使用不锈钢管或镍基合金管，钻机功率要达到相当高的地步才能满足要求。油、气井对轻质、高强材料的需求比较迫切。
[0004]从1995年开始，国外在石油平台上开始使用钛合金，近年来，钛合金油井管的开发也受到较多的关注。采用钛合金制备油、气井管具有较好的应用前景。首先钛合金具有优良的耐腐蚀性能，耐H2S、C02腐蚀性能也非常突出。同时钛合金的比重仅为钢比重的57%，采用相同的钻机可以将油、气井打的更深，从而可以省去大量的前期投资。但油、气井工况条件恶劣，对管材要求很高。基于“先漏后破”的设计理念，除了对管材材料提出严格的强度要求以外，还提出了冲击性能要求。以PllO钢级的要求为例，相应的材料应满足如表1要求:` 表1 PllO钢级油管力学性能要求
【权利要求】
1.一种油、气井用高强度高冲击韧性钛合金，其特征是:其化学成分重量百分比范围是:Α1、4.0-9.0%, Mo,0.5-5.0%, Nb,1-5%, Zr、l_5%，余量为 Ti。
2.如权利要求1所述的油、气井用高强度高冲击韧性钛合金，其特征是:所述钛合金为近α型钛合金。
3.如权利要求1所述的油、气井用高强度高冲击韧性钛合金，其特征是:所述钛合金室温力学性能指标为Rm≤860MPa，Rp0.2≤760MPa，A≤13%, Akv≤47J。
4.一种如权利要求1所述的油、气井用高强度高冲击韧性钛合金的制备方法，其特征是: (1)按组分含量将Al、Mo、Nb、Zr、Ti进行混料，混合均匀； (2)利用压力机将混合均匀的原料压制成电极棒； (3)将电极放入真空自耗电弧炉中进行一次熔炼，获得一次锭； (4)将一次锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼，获得铸锭； (5)两次熔炼后，1150°C开 坯锻造，970°C~1020°C改锻，退火后得到成品。
【文档编号】C22B9/20GK103498072SQ201310392846
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】宋德军, 胡伟民, 李士凯 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所