一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法技术

本发明专利技术公开了一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，通过大幅度降低Al

【技术实现步骤摘要】
一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法


[0001]本专利技术涉及油井管材
，具体涉及一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法。

技术介绍

[0002]在油气开发过程中酸化压裂技术是一种使用最为常见的办法，随着石油工业的发展，深井、超深井、高含硫井及水平井数量不断增加，工况日趋复杂。传统的钢制油井管无法实现后期的二次改造或者侧钻，以及后期打捞油管等修井作业带来的安全作业和修井成本及时间。而铝合金油管具有良好的易钻性(或可溶性)，可以较好地解决这个问题。但是，在深井、超深井环境下，要求铝合金既要具有高的耐腐蚀性，又要具有高耐热相结合的综合性能。现场试验情况表明，铝合金油井管材料要求达到与6061铝合金相当的耐腐蚀性能，而200℃下拉伸强度σ
b
≥350MPa、室温拉伸强度σ
b
≥400MPa。如此高的耐腐蚀性能与高耐热性能相配合的综合性能是现有铝合金无法达到的。
[0003]现有耐热铝合金2A43、2618、2D70无法达到与6061相媲美的耐腐蚀性能，而耐腐蚀性优良的6000系铝合金和5000系铝合金无法满足深井、超深井油井管对耐热性能的要求。公开号为CN105568090B的专利，公开了一种耐氯离子腐蚀的油井管用铝合金及管材制造技术。该专利提供了一种7000系高强铝合金油井管材料技术，相对于常规7000系铝合金而言，具有较好的耐腐蚀性，但还是不能与6000系铝合金相媲美，况且耐热性能无法达到2000系铝合金的水平。公开号为CN104745903B和CN105886861B的专利，都是以7000系高强铝合金开发出耐腐蚀油井管材料，效果与上面提到的CN105568090B专利的技术思路类似。为了提高油井管的耐腐蚀性能，有的专利如CN104480358A采用5000(Al-Mg)系铝合金作为油井管材料。但是，5000系铝合金不具备足够的耐热性，这是大家所公认的。因此，为解决现有技术的不足，必须开发适用于深井超深井的高耐腐蚀、高耐热铝合金油井管材料及加工技术。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，通过降低Al-Cu-Mg合金中Cu/Mg的质量比,然后添加微量Ag,降低合金基体与第二相电位差，添加的微量Ag溶解进入S
’
相中，提高了S
’
相的热稳定性,再添加弥散相形成元素Ti、Zr、Cr或Mn,然后在二级均匀化退火中析出均匀的弥散相Al3Ti、Al3Zr、Al7Cr或Al
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Cu2Mn3，最终通过热轧或热挤压变形加工，形成小角度低能晶界，提高合金的热强性、耐热性以及耐腐蚀性能，步骤如下：
[0006]S1,按各元素组分质量百分比备料，然后进行合金熔炼，再经除气，扒渣后铸锭成型；
[0007]S2，对铸锭进行二级均匀化退火处理；
[0008]S3，将均匀化热处理后的Al-Cu-Mg合金铸锭，去头、切尾、铣面，然后用热轧变形加工成板材，或用热挤压变形加工成管材或棒材；
[0009]S4,将经步骤S3处理后得到的管材、棒材或板材进行固溶处理及时效处理。
[0010]优选的,所述Al-Cu-Mg合金中各元素质量百分比为：Cu：2.9-4.1％，Mg：1.45-2.2％，Ag：0.2-0.8％，Mn：0.53-0.8％，Ti：0.05-0.18％，Cr：0.05-0.15％，Zr：0.08-0.18％，余量为Al。
[0011]优选的,所述Al-Cu-Mg合金中各元素质量百分比为：Cu：2.90-3.60％，Mg：1.70-1.98％，Ag：0.35-0.50％，Mn：0.6-0.7％，Ti：0.09-0.15％，Cr：0.05-0.15％，Zr：0.08-0.18％，余量为Al。
[0012]优选的,所述Cu、Mg元素的质量比：1.46≤Cu/Mg<2.83。
[0013]优选的,所述步骤S1中合金熔炼的温度为720-750℃。
[0014]优选的,所述步骤S2中的二级均匀化退火处理工艺为：先在400-430℃下保温12-24h，然后在460-490℃中保温24-48h，随后出炉空冷至室温。
[0015]优选的,所述步骤S3中的热轧变形加工工艺为：在380-450℃中保温1-4h后热轧，热轧变形量≥90％，道次变形量为15％-40％；所述步骤S3中的热挤压变形加工工艺为：在380-450℃中保温1-4h后挤压，挤压比≥10。
[0016]优选的,所述步骤S4中的固溶处理是：在480-515℃中保温0.5-3h；时效处理是：在155-190℃中保温1-8h。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过大幅度降低Al-Cu-Mg合金中Cu/Mg的质量比和采用添加降低基体与第二相电位差的微量Ag元素的合金化方法，大幅度提高合金的耐腐蚀性能。同时还采用多种弥散相形成元素(Mn、Zr、Ti、Cr)的复合添加的合金化方法，并配合以合适的二级均匀化退火、热轧或热挤压变形加工方法，形成均匀的弥散相和小角度低能晶界，提高Al-Cu-Mg合金的耐腐蚀性能。经5％NaCl盐雾腐蚀96h(标准盐雾腐蚀试验方法)，合金单位面积质量损失为15.66-33.00g/m2，制备出耐腐蚀性可以与6061合金(单位面积质量损失为49.00g/m2)相媲美的、又具有较高热强性的新型耐腐蚀性的耐热铝合金，溶解微量Ag的S
’
相具有更高的热稳定性，与大量形成的弥散相(Al3Ti、Al3Zr、Al7Cr、Al
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Cu2Mn3)一起，确保了合金具有高的耐热性能，使得合金在160-200℃范围内具有较高的拉伸强度σb≥350Mp。
附图说明
[0018]图1为实施例1-7与对比例1-4在盐雾腐蚀24h、48h和96h后的腐蚀质量损失，以及实施例8-9在盐雾腐蚀48h和96h的质量损失图。
[0019]图2为实施例3在中性盐雾腐蚀环境中24h(a)和96h(b)后的SEM形貌图。
[0020]图3为对比例1在中性盐雾腐蚀环境中24h(a)和96h(b)后的SEM形貌图。
[0021]图4为对比例2在中性盐雾腐蚀环境中24h(a)和96h(b)后的SEM形貌图。
[0022]图5为对比例3在中性盐雾腐蚀环境中24h(a)和96h(b)后的SEM形貌图。
[0023]图6为对比例4在中性盐雾腐蚀环境中24h(a)和96h(b)后的SEM形貌图。
[0024]图7(a)(b)为实施例3经开尔文扫描探针表征的合金析出相与基体的电位差图。
[0025]图8(a)(b)为对比例1经开尔文扫描探针表征的合金析出相与基体的电位差图
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，其特征在于，通过降低Al-Cu-Mg合金中Cu/Mg的质量比,然后添加微量Ag,降低合金基体与第二相电位差，添加的微量Ag溶解进入S
’
相中，提高了S
’
相的热稳定性,再添加弥散相形成元素Ti、Zr、Cr或Mn,然后在二级均匀化退火中析出均匀的弥散相Al3Ti、Al3Zr、Al7Cr或Al
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Cu2Mn3,最终通过热轧或热挤压变形加工，形成小角度低能晶界，提高合金的热强性、耐热性以及耐腐蚀性能，步骤如下：S1,按各元素组分质量百分比备料，然后进行合金熔炼，再经除气，扒渣后铸锭成型；S2，对铸锭进行二级均匀化退火处理；S3，将均匀化热处理后的Al-Cu-Mg合金铸锭，去头、切尾、铣面，然后用热轧变形加工成板材，或用热挤压变形加工成管材或棒材；S4,将经步骤S3处理后得到的管材、棒材或板材进行固溶处理及时效处理。2.根据权利要求1所述的同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，其特征在于：所述Al-Cu-Mg合金中各元素质量百分比为：Cu：2.9-4.1％，Mg：1.45-2.2％，Ag：0.2-0.8％，Mn：0.53-0.8％，Ti：0.05-0.18％，Cr：0.05-0.15％，Zr：0.08-0.18％，余量为Al。3.根据权利要求1所述的同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，其特征在于：所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，贾鹏翔，颜鹏飞，郭帅，柏松，
申请(专利权)人：长沙星萧材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：