用于高要求应用的耐腐蚀、耐侵蚀且耐磨的硬质合金，所述高要求应用特别地包括用作石油和天然气生产中的部件。描述了一种基于硬质相和粘结相的碳化钨硬质合金等级，所述粘结相包含如下成分Ni、Cr和Mo。特别地，所述硬质合金的所述粘结相的含量在7至11重量％之间，并且所述硬质合金的所述WC相的平均晶粒尺寸在0.1‑2pm的范围内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高要求应用的硬质合金
本专利技术主题涉及一种用于高要求应用的耐磨的硬质合金及制造方法，特别但不排他地涉及对于给定的硬度具有相对高韧性的耐腐蚀且耐侵蚀的硬质合金。
技术介绍
硬质合金已被广泛用于高要求应用如用于切削、机械加工、钻孔或降解岩石的工具。发现这些高耐磨性碳化物作为石油和天然气工业中的部件具有特别的应用，其中它们通常被用于各种流体流动控制部件，包括例如节流阀和控制阀、笼、阀座和密封环。它们的适用性在很大程度上是由于它们的物理和机械特性而导致的，特别地包括硬度、韧性、强度和耐磨性。在物理性高要求的石油和天然气应用中，常规硬质合金部件的使用寿命相对短。另外，因为易接近性受限(例如海底环境)以及维修需要大量生产停工时间，所以预测使用中性能和缺点至关重要。石油和天然气生产系统中的流动控制部件通常会经受高流速流动(>200m/秒)，其中流体通常是在变化的湿度、流速和pH值下的混合的砂/石油/天然气/水。工作条件可能还包括“酸”条件，所述“酸”条件特别地包括暴露于H2S下，同时伴随着增加的腐蚀、点蚀和逐步开裂的可能性。不断增加的挑战性工作条件(具体包括流动介质的高度可变性以及极度的高压和高温)以及深水环境意味着常规部件的使用寿命短，并且容易出现高故障率。WO2017/220533公开了一种硬质合金的生产线工具，所述硬质合金按重量％计包含2.9-11的Ni、0.1-2.5的Cr3C2、0.1-1的Mo和余量的WC，其中所述WC的晶粒尺寸为小于或等于0.5μm。CN102400027描述了一种耐腐蚀的硬质合金，所述硬质合金按重量％计具有7.3-7.7的Ni、0.6-1的Cr3C2、0.3-0.7的Mo和余量的WC。WO2012/045815描述了一种表现出耐电化腐蚀性的用于石油和天然气应用的硬质合金，所述硬质合金含有WC和按重量％计的：3-11的Ni、0.5-7的Cr、0.3-1.5的Mo、0-1的Nb和0-0.2的Co。WO2016/107842公开了一种用于流体处理部件如密封环的硬质合金，所述硬质合金的组成按重量％计为7-11的Ni、0.5-2.5的Cr3C2、0.5-1的Mo和余量的WC，所述WC的晶粒尺寸为大于或等于4μm。然而，在石油和天然气流体流动控制中的某些情况下，现有的硬质合金并未针对耐腐蚀性和机械耐性、尤其是耐湿侵蚀性进行优化。即，当流动条件是腐蚀性和侵蚀性的时候，特别是在由浆料和/或气蚀现象引起的侵蚀的情况下，现有的硬质合金表现出不令人满意的故障率。
技术实现思路
本公开内容涉及硬质合金材料，所述硬质合金材料适用于高要求应用，特别是用作此类高要求应用的组成部分的构成材料或主要材料。还提供具有期望的韧性、硬度、强度和耐磨性能以承受挑战性的环境和工作条件的硬质合金。还提供适合用作金属成形用工具或用作流体处理用磨损部分的硬质合金。还提供适合用作石油和天然气生产中的组成部分的硬质合金，特别地包括用作流体流动部件。所述目的通过具有相对高的硬度、韧性和横向断裂强度(TRS)的硬质合金材料来实现。特别地，根据本公开内容的硬质合金材料可以具有在1550至1700HV30范围内的硬度(ISO3878：1983)。另外，本硬质合金可以具有在9至11MN/m3/2范围内的韧性(Palmqvist，ISO28079：2009)。另外，本硬质合金可以具有大于3000N/mm2的TRS(ISO3327：2009)。提供一种硬质合金，所述硬质合金包含粘结相以及含有WC的硬质相，其特征在于：所述硬质合金的粘结相的含量在7至11重量％之间，所述硬质合金按重量％计包含5.9-9的Ni、0.45-0.75的Cr、0.55-0.85的Mo和85-95或87-94的WC，并且其中所述WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.1-2μm的范围内。任选地，所述硬质合金作为余量的重量％含有WC。本硬质合金特别适合用作具有高耐侵蚀性、耐磨蚀性和耐腐蚀性，特别是耐湿侵蚀性的部件，尤其是流体流动控制部件。因此，本硬质合金特别适合用作石油和天然气生产中的部件。特别地，专利技术人已经发现，所述的碳化物等级(grade)提供了高的耐气蚀性、耐腐蚀性和耐侵蚀性，这部分归因于所述的组成，尤其是粘结相含量(相对于硬质相的含量)和WC晶粒尺寸。本硬质合金提供一种具有明显增强的耐浆料侵蚀性和改进的耐气蚀性(与韧性相关)的部件。所述硬质合金以游离/单质形式中的任一种或以其组合的形式、或作为呈与硬质合金的其它成分中的任一种或组合的组合形式的化合物包含Cr、Mo和W。任选地，提供一种硬质合金，所述硬质合金包含粘结相以及含有WC的硬质相；所述硬质合金的粘结相的含量在7-11重量％之间；并且所述硬质合金按重量％计由以下构成：5.9-9的Ni、0.45-0.75的Cr、0.55-0.85的Mo以及可能存在的处于杂质水平的Fe、Co、Ti、Nb、Ta、V、Re、Ru、Zr、Al和/或Y中的任一种或组合；并且其中所述WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.1-2μm的范围内。优选地，所述硬质合金仅包含碳化物。优选地，所述硬质合金含有WC作为主要重量％的碳化物组分。任选地，所述硬质合金可以以少量重量％包含Mo和Cr中的任一种或其组合的碳化物。任选地，所述硬质合金不含氮化物和/或碳氮化物。任选地，所述硬质合金可以包含以杂质水平存在的氮化物和/或碳氮化物。任选地，这样的氮化物和/或碳氮化物的杂质水平小于0.05重量％、0.01重量％或0.001重量％。任选地，所述硬质合金不含Ti和Ti的碳化物、氮化物和/或碳氮化物。优选地，所述硬质合金包含0重量％的Ti，从而在组成上不含Ti。任选地，在一些方面，Ni、Cr和Mo的按重量％计基本上全部、大部分或主要部分存在于粘结相内。即，在某些实施方式中，Ni、Cr和/或Mo各自的总重量％量中的少量或相对低的量(即，重量％小于10％、5％、2％或1％)可以存在于粘结相的外部/之外。这样的少量可以存在于硬质相与粘结相之间的晶界处或者存在于硬质相内。任选地，所述硬质合金的硬质相为至少85、86、87、88、89、90、91、92、93重量％。任选地，所述硬质合金中WC的量为至少85重量％或87重量％或在85-95重量％、87-94重量％、88-93重量％或89-92重量％的范围内。任选地，烧结硬质合金中的碳含量保持在预定范围内，以进一步有助于高的耐湿侵蚀性、耐磨性和韧性。任选地，可以将烧结材料的碳含量保持在微结构中的游离碳(上限)与η相开始点(下限)之间的范围内。本领域技术人员将理解这样的界限。任选地，所述硬质合金中Cr对Ni+Cr+Mo的重量％比值Cr/(Ni+Cr+Mo)在0.03-0.1、0.04-0.1、0.05-0.1、0.06-0.1或0.07-0.09的范围内。Cr的这种相对量增强了耐腐蚀性和耐湿侵蚀性，同时保持了期望的机械性能，包括高要求应用如石油和天然气所需的硬度和韧性。任选地，所述硬质合金中Mo本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硬质合金，所述硬质合金包含粘结相以及含有WC的硬质相，其特征在于：/n所述硬质合金的粘结相的含量在7至11重量％之间；/n所述硬质合金按重量％计包含5.9-9的Ni、0.45-0.75的Cr、0.55-0.85的Mo和85-95的WC；并且/n其中所述WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.1-2μm的范围内。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181218 GB 1820632.61.一种硬质合金，所述硬质合金包含粘结相以及含有WC的硬质相，其特征在于：
所述硬质合金的粘结相的含量在7至11重量％之间；
所述硬质合金按重量％计包含5.9-9的Ni、0.45-0.75的Cr、0.55-0.85的Mo和85-95的WC；并且
其中所述WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.1-2μm的范围内。
2.如权利要求1所述的硬质合金，其中所述硬质合金中Cr对Ni+Cr+Mo的重量％比值Cr/(Ni+Cr+Mo)在0.03-0.1的范围内。
3.如权利要求1或2所述的硬质合金，其中所述硬质合金中Mo对Ni+Cr+Mo的重量％比值Mo/(Ni+Cr+Mo)在0.04-0.12的范围内。
4.如前述权利要求中任一项所述的硬质合金，所述粘结相的含量为7.0-11.0重量％。
5.如前述权利要求中任一项所述的硬质合金，其中WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.2-1.0μm的范围内。
6.如前述权利要求中任一项所述的硬质合金，其中所述WC通过线性截距确定的晶粒尺寸在0.4-0.8μm的范围内。
7.如权利要求1所述的硬质合金，所述Ni的含量在7.0-8重量％的范围内。
8.如权利要求1所述的硬质合金，所述Cr的含量在0.55-0.75重量％的范围内。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维尔·特尔，奥利维尔·拉维涅，
申请(专利权)人：瑞典海博恩材料与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。