ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2010 года по МПК C22C21/18 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, в том числе для бурильных труб.

Существует деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый для изготовления бурильных труб, следующего химического состава (мас.%):

Медь 3,8-4,9 Магний 1,2-1,8 Марганец 0,3-0,9 Алюминий Остальное

(Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. / Алиева С.Г. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984, с.87).

Однако существующий сплав имеет низкую коррозионную стойкость и низкую технологичность при прессовании.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый для изготовления бурильных труб, в том числе предназначенных для морского бурения, следующего химического состава (мас.%):

Магний 2,4-3,0 Медь 0,4-0,8 Марганец 0,1-0,3 Цинк 5,6-6,2 Титан 0,02-0,1 Хром 0,15-0,25 Алюминий Остальное

(ОСТ 1 92014-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»).

Недостатком известного сплава является низкая прочность при повышенных температурах, что ограничивает глубину бурения, а также недостаточно высокая технологичность при прессовании.

Наиболее близким по техническим характеристикам, применяемым для изготовления бурильных труб и принятым за прототип является деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, железо, никель, кремний, марганец, титан, цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 1,4-1,8 Медь 1,9-2,5 Железо 0,8-1,3 Никель 0,8-1,3 Кремний 0,5-1,2 Марганец 0,20 Титан 0,10 Цинк 0,30 Алюминий Остальное

(ОСТ 192014-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»).

Недостатком известного сплава на основе алюминия, принятого в качестве прототипа, является его пониженная коррозионная стойкость, которая соответствует 2-му баллу относительно общей коррозионной стойкости, склонности к расслаивающей коррозии и коррозионному растрескиванию.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение деформируемого сплава на основе алюминия, обладающего высокой коррозионной стойкостью, высокой прочностью и улучшенной технологичностью.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:

- повышение прочности сплава при повышенных температурах,

- улучшение технологичности сплава за счет повышения механических характеристик;

- повышение производительности изготовления прессованных полуфабрикатов за счет снижения скорости прессования;

- снижение веса получаемых изделий.

Применение этого сплава в качестве материала для бурильных труб позволит производить бурение в глубинных слоях земной коры, имеющих повышенную температуру, и соответственно повысить глубину бурения.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, медь, марганец, цинк, титан, хром, который дополнительно содержит молибден, кальций и бериллий при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Магний 0,9-1,3 Кремний 0,7-1,1 Медь 0,8-1,7 Марганец 0,2-0,6 Цинк 0,4-0,8 Титан 0,01-0,03 Хром 0,18-0,3 Молибден 0,0007-0,012 Кальций 0,05-0,15 Бериллий 0,00005-0,00015 Алюминий Остальное

При указанном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве в процессе искусственного старения после закалки происходит выделение вторичных мелкодисперсных частиц, содержащих в своем составе алюминий, медь, магний, марганец, цинк, титан и другие легирующие элементы, входящие в состав сплава, обладающих высокой жаропрочностью и повышающих прочность сплава при повышенных температурах. При этом, в связи с небольшим суммарным содержанием легирующих элементов в сплаве, коррозионная стойкость сплава остается высокой, а также улучшается технологичность сплава при прессовании за счет снижения потребных усилий, что позволяет изготавливать изделия сложной конфигурации, в том числе с внутренними полостями.

Из предлагаемого деформируемого сплава могут быть изготовлены трубы, используемые для бурения нефтяных и газовых скважин большой глубины, в том числе для морского бурения.

В предлагаемом изделии, выполненном из сплава на основе алюминия, используемом для изготовления прессованых полуфабрикатов, технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 0,9-1,3; кремний 0,7-1,1; медь 0,8-1,7; марганец 0,2-0,6; цинк 0,4-0,8; титан 0,01-0,03; хром 0,18-0,3; молибден 0,0007-0,012; кальций 0,05-0,15; бериллий 0,00005-0,00015; алюминий остальное.

Пример

Предлагаемый сплав получали из шихты, состоящей из алюминия А85, магния МГ95, цинка ЦО, меди M1, кальция технической чистоты и двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-титан, алюминий-хром, алюминий-кремний, алюминий-молибден, алюминий-бериллий. Сплав готовили в плавильно-литейном агрегате, состоящем из газовой печи и электрического вакуумного миксера, и методом полунепрерывного литья отливали круглые полые слитки с наружным диаметром 270 мм и внутренним диаметром 105 мм. Химический состав сплава приведен в Таблице 1.

Слитки гомогенизировали, резали на заготовки, механически обрабатывали, после чего прессовали на горизонтальном прессе при 420°С на трубы с наружным диаметром 130 мм и толщиной стенки 13 мм. Скорость прессования составляла 7 м/мин. После прессования трубы закаливали в воде и подвергали искусственному старению. Состаренные трубы испытывали на растяжение при температуре 150°С по стандартной методике с определением предела прочности при растяжении, кроме того, определяли коррозионную стойкость труб путем испытания на расслаивающую и межкристаллитную коррозию по ГОСТ 9.904 (раствор №1) и ГОСТ 9.021 (раствор №1) соответственно. Также проводили испытания сплава-прототипа, химический состав которого приведен в Таблице 1. Скорость прессования труб из сплава прототипа составляла 2 м/мин. Результаты испытаний приведены в Таблице 2.

Предлагаемый сплав имеет при температуре 150°С в 1,16 раза более высокую прочность при высокой коррозионной стойкости, что позволит на 12-15% повысить основную характеристику процесса бурения нефтяных и газовых скважин - глубину бурения, в том числе в Мировом океане, а также использовать трубы из предлагаемого сплава в процессе бурения наклонных и горизонтальных скважин, при котором затруднен отвод тепла от бурильной трубы. Кроме того, применение предлагаемого сплава в производстве прессованных труб позволит за счет повышения скорости прессования на 15-20% повысить производительность труда в прессовом производстве.

Таблица 1 Сплав Химический состав, мас.% Si Fe Си Mn Mg Cr Ni Zn Ti Mo Са Be алюминий Предлагаемый 0,9 - 1,3 0,4 1,1 0,25 - 0,6 0,02 0,009 0,1 0,0001 Остальное Прототип 0,5-1,2 0,8-1,3 1,9-2,5 0,20 1,4-1,8 - 0,8-1,3 0,30 0,10 - - - Остальное

Таблица 2 Сплав Прочность и коррозионная стойкость прессованных труб в состоянии после закалки и искусственного старения Предел прочности при 150°С, МПа Расслаивающая коррозия, балл ^х) Межкристаллитная коррозия, максимальная глубина проникновения коррозии, мкм Предлагаемый 440 5 50 Прототип 380 5 50 ^х) Оценка по 10-балльной шкале, 5-й балл - весьма стойкий.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, в том числе для бурильных труб. Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие из него содержат следующие компоненты, мас.%: магний 0,9-1,3, кремний 0,7-1,1, медь 0,8-1,7, марганец 0,2-0,6, цинк 0,4-0,8, титан 0,01-0,03, хром 0,18-0,3, молибден 0,0007-0,012, кальций 0,05-0,15, бериллий 0,00005-0,00015, алюминий - остальное. Получаются сплав на основе алюминия и изделие из него, обладающие высокой коррозионной стойкостью, высокой прочностью и улучшенной технологичностью. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, медь, марганец, цинк, титан, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, кальций и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний 0,9-1,3 Кремний 0,7-1,1 Медь 0,8-1,7 Марганец 0,2-0,6 Цинк 0,4-0,8 Титан 0,01-0,03 Хром 0,18-0,3 Молибден 0,0007-0,012 Кальций 0,05-0,15 Бериллий 0,00005-0,00015 Алюминий остальное

2. Изделие из деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего состава, мас.%: магний 0,9-1,3, кремний 0,7-1,1, медь 0,8-1,7, марганец 0,2-0,6, цинк 0,4-0,8, титан 0,01-0,03, хром 0,18-0,3, молибден 0,0007-0,012, кальций 0,05-0,15, бериллий 0,00005-0,00015, алюминий остальное.