一種用于海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的合金材料及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基合金領域，具體涉及一種用于海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的合金 材料及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 金融危機對海洋油氣勘探開發(fā)構成了沖擊。石油公司由于融資和低油價原因，上 游的勘探開發(fā)活動減少，從而造成了大量的鉆井平臺閑置，日費下降。浮式海洋鉆井平臺一 直保持比較高的利用率，但自升式海洋鉆井平臺的利用率下降到了歷史的低點，并隨著新 建平臺逐漸進入市場，加快了老平臺的退役。隨著全球經濟的逐步復蘇，全球對油氣的需求 不斷增加，油價逐漸回升，海上的油氣投資和勘探開發(fā)必將更加活躍，新一輪的海洋鉆井平 臺需求高峰將卷土重來。如果油價一直保持高位水平，并保持一定的海洋油氣發(fā)現(xiàn)率，適合 深水、超深水和極地等惡劣環(huán)境的海洋鉆井平臺將是未來海洋鉆井平臺市場發(fā)展的一個主 要趨勢。
[0003]海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)是海洋鉆進平臺的重要組成部分，在海洋鉆井平臺 上，很多機械在運行的時候都會產生大量的熱量。比如柴油機，它燃燒柴油推動活塞做功， 通過曲軸把能量傳遞出去。在這個過程中，摩擦、燃燒產生的熱量都會使金屬產生疲勞，或 者會使機械的過熱保護裝置啟動，使機械停止下來;還有很多機械設備需要冷卻，比如液壓 單元、發(fā)電機組、變頻器、空氣壓縮機、高壓泥漿栗、絞車、推進器剎車片、推進器液壓單元 等。但是，海水是有腐蝕性的，海水pH值一般在8.3~8.5，溶解氧5~6mg/L，含有大量氯離子 和其他鹽類離子，是強電解質溶液，具有強腐蝕性;海水系統(tǒng)的腐蝕損壞問題比較突出，隨 著電站運行年份的增加，海水介質的設備腐蝕損壞趨勢日益加劇，糾正性維修工作量和由 此產生的維修成本逐年增加。
[0004] 因此，海洋鉆井平臺的海水冷卻系統(tǒng)材料是決定系統(tǒng)質量好壞的關鍵，更是整個 海洋鉆井平臺的重要部件，如何選擇和制造優(yōu)良的、既防海水腐蝕又適合海洋鉆井平臺的 海水冷卻系統(tǒng)材料，是當前一個急需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng) 的合金材料，綜合考慮各成分的成本，優(yōu)化各成分之間的比例，找到性價比最高的材料組 方，加入稀土金屬，能夠有效地解決上述問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采取如下的技術方案：
[0007] -種用于海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的合金材料的制作方法，制作步驟如下：
[0008] 步驟 S01:準備原材料，原材料包括 C、Mn、Re、Be、Zn、Mg、Al、Si、Cr、Ni、Mo、Sr、RE、Fe 單質，原料的質量百分比組成滿足：
[0009] C:0.04%~0.10%，Mn:0.80%~1.50%，Re:0.80%~1.50%，Be:0.3%~0.4%， Zn:0.4%~0.6%，Mg:0.4%~0.6%，Al:0.3%~0.4%，Si :1.0%~3.0%，Cr:14.0%~ 22.0%，Ni:7.5%~12.5%，M〇:0.02%~0.05%，Sr:3.0%~4.0%，RE:0.20%~0.80%， 其余為Fe;
[0010] 步驟S02:將待熔煉的？6、]?11、1^、211、]\%^1、0、附、]\1〇、3匕1^單質，加入7尺冷銅坩堝 的真空室內，抽真空，在燒結溫度為960°C~980°C條件下熔融；
[0011] 步驟S03:在金屬熔融的條件下加入(：、86、3丨，并保溫3〇11^11~4〇1^11，攪拌均勻 ；
[0012]步驟S04:在惰性氣體加壓條件下冷卻至室溫得到海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)用 材料。
[0013]進一步地，1^單質包括〇7、〇6,〇7、〇6在原料中的質量百分比為〇 7:〇.1〇%~ 0.40%、Ce:0.10% ~0.40%。
[0014] 進一步地，步驟S02中，燒結的溫度為960°C~970°C時，RE的組成為Ce。
[0015] 進一步地，步驟S02中，所述燒結的溫度為970°C~980°C時，RE的組成為Ce和Dy。
[0016] 進一步地，步驟S03中，所述恪融金屬冷卻速率為70°C/min~80°C/min。
[0017] 進一步地，步驟S04中，所述惰性氣體為氖氣或氪氣。
[0018] 進一步地，步驟S04中，所述加壓的條件為80Mpa~lOOMpa。
[0019] 根據本發(fā)明的另一目的，在于提供一種用于海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的合金材 料，采用上述任一種制備方法制備而成。
[0020] 進一步地，合金材料按質量百分比計含有如下原料組分，C:0.08%，Mn: 1.50%， Re：1.50% ,Be:0.34% ,Zn：0.6% ,Mg：0.4% ,A1 ：0.35% ,Si ：2.0% ,Cr：20.0% ,Ni：10.0% , Mo:0.05%，Sr:3.50%，Dy:0.20%，Ce:0.30%，其余為Fe。
[0021] 以下，對本發(fā)明中采用的合金的成分組成的限定理由進行說明，成分組成中涉及 的％指質量％。
[0022] C: 0.04%~0.10%，C在鋼材中可形成固溶體組織、提高鋼的強度；形成碳化物組 織，可提高鋼的硬度及耐磨性。因此，C在鋼材中，含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，但塑 性、韌性也會隨之降低；反之，含碳量越低，鋼的塑性、韌性越高，其強度、硬度也會隨之降 低，為適應海洋條件及作業(yè)要求效果，本發(fā)明將海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)用材料中C含量 規(guī)定為0 · 04 %~0 · 10 %，優(yōu)選為0 · 08 %。
[0023] Μη: 0.80 %~1.50%，Mn是一種弱脫氧劑，鋼材中添加 Μη，不但有利于鋼材的抗蝕 性，而且還能使鋼材的強度提高，并能降低熱裂紋傾向，改善鋼材的抗腐蝕性能和焊接性 能。隨著Μη含量增加，鋼材強度有所提高，為適應海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的具體實際的 特殊需求，本發(fā)明將Μη含量規(guī)定為0.80 %~1.50 %，優(yōu)選為1.50 %。
[0024] Re: 0.80 %~1.50 %，錸能夠同時提高鎢、鉬、鉻的強度和塑性，為適應海洋條件及 海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將P含量規(guī)定為〇. 80%~1.50 %，優(yōu)選為 1.50%〇
[0025] Be:0.30%~0.40%，在合金中加人較高量Be時，可以加速以上合金時效進程并提 高時效硬度。在合金中加入Be，可以加速時效硬化進程，提高硬度近1倍，同時還可增加時效 析出相數(shù)目，減小其尺寸。本發(fā)明將合金材料中Be含量規(guī)定為0.30 %~0.40 %，優(yōu)選為 0.34%〇
[0026] Zn: 0.40%~0.60%，Zn在合金中能提高流動性，增加熱脆性，降低耐蝕性，故應控 制鋅的含量在規(guī)定范圍中。含鋅量很高的合金卻具有較好的鑄造性能和機械性能，切削加 工也比較好，為為適應海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金 材料中Zn含量規(guī)定為0.40 %~0.60 %，優(yōu)選為0.60 %。
[0027] Mg: 0.40 %~0.60 %，在合金中加入少量的鎂，可提高強度和屈服極限，提高了合 金的切削加工性。含鎂的合金具有優(yōu)良的耐蝕性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷 卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金材料中Mg含量規(guī)定為0.40%~0.60%，優(yōu)選為0.40%。 [0028] A1:0.30 %~0.40%，A1在煉鋼中起良好的脫氧作用，鋼中加入少量的A1，能細化 鋼的晶粒，提尚鋼的強度，提尚沖擊初性，提尚鋼的抗氧化性能，提尚不鎊鋼對強氧化性酸 類的耐蝕能力。A1還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不 起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。為適應航海氣候條件及作業(yè)要求效果，本發(fā)明將A1含量規(guī) 定為0.30%~0.40%，優(yōu)選為0.35%。
[0029] Si : 1.0%~3.0%，Si可提高鋼材的耐熱性和耐蝕性，降低韌性和塑性;在鋼材中 能降低熔點，改善流動性。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā) 明將Si含量規(guī)定為1.0%~3.0%，優(yōu)選為2.0%。
[0030] Cr: 14.0%~22.0%，Cr在鋼材中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低 塑性和韌性。鉻又能提高鋼材的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是鋼材的重要合金元素。為適應 海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將C r含量規(guī)定為14.0 %~ 22.0%，優(yōu)選為 20.0%。
[0031] Ni : 7.5%~12.5 %，鎳在鋼材中能提高合金的強度和硬度，降低耐蝕性，提高合金 的焊接性能。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將材質中 Ni含量規(guī)定為7.5%~12.5%，優(yōu)選為10.0%。
[0032] M〇:0.02%~0.05%，低含量的Mo能強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；降低鋼的 臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性;提高鋼的耐熱性和高溫強度，為適應海洋條件及海洋鉆井 平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將材質中Mo含量規(guī)定為0.02 %~0.05 %，優(yōu)選為 0.05%〇
[0033] Sr: 3.0 %~4.0 %，Sr有很強的吸收X射線輻射功能和獨特的物理化學性能，為適 應海洋條件及海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明將合金材料中Sr含量規(guī)定為 3.0%~4.0%，優(yōu)選為3.50%。
[0034] RE: 0.20 %~0.80 %，稀土元素加入合金中，能夠提高合金材料的機械強度和抗腐 蝕性，使合金熔鑄時增加成分過冷，細化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜， 并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能 有著明顯的影響;稀土金屬還能消除磁場及復雜的水文環(huán)境對海洋鉆井平臺海水冷卻系統(tǒng) 的不良影響，從而提高了海洋鉆井平臺的使用壽命；同時在承力相同的條件下，明顯減輕結 構件重量。為適應海洋條件及海洋鉆井平臺海