本发明涉及一种泵头体，具体涉及一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体。
背景技术：
目前，在石油、页岩气开采领域，压裂技术能够有效的提高石油、页岩气的开采量，压裂泵是压裂开采过程中的关键设备。根据国家经济和社会发展第十二个五年规划纲要对改造提升制造业、优化结构、改善品种质量、提高基础工艺、提高基础材料研发水平、实现关键零部件技术自动化等方面的有关要求，特别是国家对石油油气井提升产能、增加产量的要求越来越高，对压裂泵的技术要求也越来越高。
压裂泵的性能、质量和可靠性直接影响压裂实施过程的质量和进度，其中压裂泵泵头体是压裂泵的重要结构；目前，压裂泵泵头体的强度、塑性和韧性低，耐腐蚀性能、耐磨性能等性能差，因此，现有的泵头体使用寿命短，严重影响压裂实施过程的质量和进度。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是现有的泵头体使用寿命短，目的在于提供一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，解决目前压裂泵泵头体的强度、塑性和韧性低，耐腐蚀性能、耐磨性能等性能差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，包括以下重量百分比的化学成分：0.001％-0.03％c、0.10-0.40％si、0.1％-1.5％mn、1.8％-14.0％cr、4.00％-5.50％ni、1.0％-2.7％cu、≤0.01％p、0.01％-0.035％s、0.04％-0.10％nb、0.01％-0.035％v、h≤1.6ppm。
泵头体的制备原料为钢锭，钢锭中的化学成分含量为泵头体中的化学成分含量，本发明调整了泵头体中的化学成分含量，提高了泵头体的强度、塑性、韧性，保证了其在-40℃工作环境抗交变载荷的冲击力。
本发明减低了泵头体中c含量，提高了泵头体的塑性和韧性；本发明提高了泵头体中ni含量，提高了材料的抗晶间腐蚀能力；本发明提高了泵头体中cr含量，提高了钢的耐磨和抗冲击性能，提高了材料的淬透性和强度；本发明加入了v，提高了材料的低温冲击韧性和耐磨性，提高了钢的蠕变和持久强度，大大提高了钢的抗高温、高压及氢腐蚀能力，较大的提高了材料的使用寿命。本发明与传统的泵头体相比，在泵头体的制备原料中加入了新材料的同时，调整了各个成分的含量，使得泵头体的性能达到最佳，延长了压裂泵的使用寿命。
一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，包括以下重量百分比的化学成分：0.001％-0.025％c、0.10-0.25％si、0.1％-0.6％mn、10.5％-14.0％cr、4.25％-4.50％ni、1.0％-1.3％cu、≤0.01％p、0.01％-0.02％s、0.04％-0.08％nb、0.01％-0.02％v、h≤1.6ppm。
本发明优选了各个成分的含量，使得泵头体的性能达到最佳。
一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，表面涂有涂层，所述涂层包括以下重量份数的组分：40-70份复合树脂、5-20份钛合金纳米粉、6-12份纳米sio2、5-22份纳米玻璃空心微珠、10-20份陶瓷微粉、1-8份铝粉、0.1-4份稀土氧化物、3-15份固化剂、1-6份固化促进剂、1-3份流平剂、3-11份防锈填料。
本发明设计了一种适用于泵头的涂层，在不影响泵头体使用的情况下，改善了泵头体的耐腐蚀、耐磨等性能，有助于提高泵头体的使用寿命。本发明以树脂为主要的成膜物质，成膜性能好，以钛合金纳米粉体作为活性添加剂与树酯及其他物质组成网状的复合材料，这种网络复合材料具有高弹、耐热、耐蚀、耐磨等一系列优点，能够对泵头体起到好的防护作用；本发明加入了稀土氧化物，具有优良的防腐性能；纳米玻璃空心微珠、纳米二氧化硅耐候、耐腐蚀性好，耐盐水浸泡性能强。本发明设计的涂层适用于泵头体，对泵土体具有优良的防护作用。
所述涂层包括以下重量份数的组分：50-65份复合树脂、10-13份钛合金纳米粉、8-12份纳米sio2、10-16份纳米玻璃空心微珠、15-20份陶瓷微粉、1-4份铝粉、0.1-2份稀土氧化物、6-10份固化剂、1-3份固化促进剂、1-3份流平剂、5-8份防锈填料。本发明优选了各个组分的含量。
所述涂层包括以下重量份数的组分：60-65份复合树脂、10-12份钛合金纳米粉、10-12份纳米sio2、10-12份纳米玻璃空心微珠、18-20份陶瓷微粉、1-2份铝粉、0.1-1份稀土氧化物、8-10份固化剂、1-2份固化促进剂、1-3份流平剂、5-8份防锈填料。本发明进一步优选了各个组分的含量。
所述涂层包括以下重量份数的组分：64份复合树脂、12份钛合金纳米粉、12份纳米sio2、10份纳米玻璃空心微珠、20份陶瓷微粉、1.5份铝粉、0.5份稀土氧化物、8.2份固化剂、1.4份固化促进剂、2.3份流平剂、7份防锈填料。本发明优选了各组分的最佳含量，使得涂层的性能达到最佳。
所述固化剂为氨基硅烷。
所述复合树脂包括以下重量份数的组分：20-30份环氧树脂、5-18份醇酸树脂、10-25份有机硅树脂、10-15份氯醚树脂。本发明选用复合型树脂，能够增强涂层与泵头体之间的附着力。
所述复合树脂包括以下重量份数的组分：28份环氧树脂、12份醇酸树脂、20份有机硅树脂、13份氯醚树脂。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体调整了泵头体中的化学成分含量，提高了泵头体的强度、塑性、韧性，保证了其在-40℃工作环境抗交变载荷的冲击力；
2、本发明一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体表面覆盖有涂层，在不影响泵头体使用的情况下，改善了泵头体的耐腐蚀、耐磨等性能，有助于提高泵头体的使用寿命；
3、本发明一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体有助于延长压裂泵的使用寿命。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，包括以下重量百分比的化学成分：0.001％-0.03％c、0.10-0.40％si、0.1％-1.5％mn、1.8％-14.0％cr、4.00％-5.50％ni、1.0％-2.7％cu、≤0.01％p、0.01％-0.035％s、0.04％-0.10％nb、0.01％-0.035％v、h≤1.6ppm。
泵头体的制备原料为钢锭，钢锭中的化学成分含量为泵头体中的化学成分含量，本发明调整了泵头体中的化学成分含量，提高了泵头体的强度、塑性、韧性，保证了其在-40℃工作环境抗交变载荷的冲击力。
本发明减低了泵头体中c含量，提高了泵头体的塑性和韧性；本发明提高了泵头体中ni含量，提高了材料的抗晶间腐蚀能力；本发明提高了提高了泵头体中cr含量，提高了钢的耐磨和抗冲击性能，提高了材料的淬透性和强度；本发明加入了v，提高了材料的低温冲击韧性和耐磨性，提高了钢的蠕变和持久强度，大大提高了钢的抗高温、高压及氢腐蚀能力，较大的提高了材料的使用寿命。本发明与传统的泵头体相比，在泵头体的制备原料中加入了新材料的同时，调整了各个成分的含量，使得泵头体的性能达到最佳，延长了压裂泵的使用寿命。
实施例2
基于实施例1，一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，包括以下重量百分比的化学成分：0.001％-0.025％c、0.10-0.25％si、0.1％-0.6％mn、10.5％-14.0％cr、4.25％-4.50％ni、1.0％-1.3％cu、≤0.01％p、0.01％-0.02％s、0.04％-0.08％nb、0.01％-0.02％v、h≤1.6ppm。
本发明优选了各个成分的含量，使得泵头体的性能达到最佳。
实施例3
基于上述实施例，一种超高强度超高低温冲击压裂泵泵头体，表面涂有涂层，所述涂层包括以下重量份数的组分：40-70份复合树脂、5-20份钛合金纳米粉、6-12份纳米sio2、5-22份纳米玻璃空心微珠、10-20份陶瓷微粉、1-8份铝粉、0.1-4份稀土氧化物、3-15份固化剂、1-6份固化促进剂、1-3份流平剂、3-11份防锈填料。所述固化剂为氨基硅烷。所述复合树脂包括以下重量份数的组分：20-30份环氧树脂、5-18份醇酸树脂、10-25份有机硅树脂、10-15份氯醚树脂。本发明选用复合型树脂，能够增强涂层与泵头体之间的附着力。
本发明设计了一种适用于泵头的涂层，在不影响泵头体使用的情况下，改善了泵头体的耐腐蚀、耐磨等性能，有助于提高泵头体的使用寿命。本发明中以树脂为主要的成膜物质，成膜性能好，以钛合金纳米粉体作为活性添加剂与树酯及其他物质组成网状的复合材料，这种网络复合材料具有高弹、耐热、耐蚀、耐磨等一系列优点，能够对泵头体起到好的防护作用；本发明加入了稀土氧化物，具有优良的防腐性能；纳米玻璃空心微珠、纳米二氧化硅耐候、耐腐蚀性好，耐盐水浸泡性能强。本发明设计的涂层适用于泵头体，对泵土体具有优良的防护作用。
实施例4
基于上述实施例，所述涂层包括以下重量份数的组分：50-65份复合树脂、10-13份钛合金纳米粉、8-12份纳米sio2、10-16份纳米玻璃空心微珠、15-20份陶瓷微粉、1-4份铝粉、0.1-2份稀土氧化物、6-10份固化剂、1-3份固化促进剂、1-3份流平剂、5-8份防锈填料。本发明优选了各个组分的含量。
实施例5
基于上述实施例，所述涂层包括以下重量份数的组分：60-65份复合树脂、10-12份钛合金纳米粉、10-12份纳米sio2、10-12份纳米玻璃空心微珠、18-20份陶瓷微粉、1-2份铝粉、0.1-1份稀土氧化物、8-10份固化剂、1-2份固化促进剂、1-3份流平剂、5-8份防锈填料。本发明进一步优选了各个组分的含量。
实施例6
基于上述实施例，所述涂层包括以下重量份数的组分：64份复合树脂、12份钛合金纳米粉、12份纳米sio2、10份纳米玻璃空心微珠、20份陶瓷微粉、1.5份铝粉、0.5份稀土氧化物、8.2份固化剂、1.4份固化促进剂、2.3份流平剂、7份防锈填料。所述复合树脂包括以下重量份数的组分：28份环氧树脂、12份醇酸树脂、20份有机硅树脂、13份氯醚树脂。本发明优选了各组分的最佳含量，使得涂层的性能达到最佳。
实施例7
在实施例2中所述的泵头体表面喷涂实施例6所述的涂层，对涂有涂层的泵头体进行了使用寿命、耐压强度、耐腐蚀、低温冲击、磨损率等试验，试验结果如下：使用寿命大于1200小时；耐压强度高达1100-1300mpa；低温冲击突破-40℃akv≥34j；使用沸腾的质量浓度为10％的硫酸作为腐蚀液腐蚀24小时后涂层腐蚀厚度为0.01-0.02mm；高速转动下磨损率为0.01-0.02％。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。