[發明專利]一種深海采油裝備用鋼及其鍛件的制造方法

有效

• 申請號: 201610056442.7
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105483542B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 王章忠;巨佳;張保森;盛雪華;巴志新;毛向陽;杜小娟
• 申請（專利權）人: 南京工程學院;張家港海鍋重型鍛件有限公司
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C22C38/18;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/06;C22C38/02;B21J5/00;C21D1/28;C21D1/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,王玉

技術領域

本發明涉及一種深海采油裝備用鋼及其鍛件的制造方法，屬于金屬鍛造與熱處理領域。

背景技術

我國海洋具有豐富的油氣資源，已探明儲量達幾百多億噸，其中絕大多數位于深海區域。但由于水下油氣田開采的核心裝備(水下采油樹)的制造技術只有美國掌握，我國被迫長期依賴美國進口，不僅費用高昂，還給我國的能源安全、海洋安全甚至海防安全帶來潛在威脅。

水下采油設備是山一系列具有耐原油(氣)高溫、高壓、高腐蝕的生產和控制通道構筑的，即由設備本體、油管掛、液控閘閥閥體、雙孔連接器、管道連接器及生產跨接管道等主要關鍵部件組成的。針對海底的低溫環境、生產介質的溫度落差、外部環境載荷及內部高壓的承載工況，水下采油關鍵部件材料除要求具有高強度外，還要求具有良好的晶粒組織、低溫韌性及抗熱疲勞性能，也就是說其關鍵零部件基體材料應具有良好的綜合機械性能。

通常，深海采油裝備尺寸均較大，采用常用鍛造工藝處理后的材料往往難以鍛透，一些鑄態冶金缺陷，如偏析、疏松、縮孔等將不同程度地殘留在鍛件中，使鍛件在熱處理過程中將產生更大的應力集中，往往導致鍛件在熱處理過程中或在熱處理結束后的放置過程中發生開裂，或者因內應力的存在而降低零件在服役時的有效壽命。此外由于深海采油裝備所處的環境為深海苛刻工況條件，具有腐蝕性強、工作溫度低以及壓力高等特點，需要采油裝備材料具有良好的耐蝕性和低溫力學性能，而這些性能采用普通的制造手段往往難以實現，或者生產出的材料合格率低，造成極大的浪費。因此，期望有一種新的深海裝備用鋼鍛造的制造方法來實現鍛造的材料具有優秀的耐蝕性和良好的低溫力學性能。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于，提供一種能達到耐腐、耐壓、

抗沖擊要求指標的深海采油裝備用鋼及其鍛件的制造方法。

本發明的技術方案為：一種深海采油裝備用鋼，其特征在于，所述鋼各成分及其質量百分比含量為：

本發明還公開了一種深海采油裝備用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)鍛前處理：以上述深海采油裝備用鋼為坯料，在坯料表面涂覆一層玻璃狀涂層，然后再利用自由鍛對所述坯料進行熱鍛，得到閥座一次鍛造坯；

(2)鍛造：

①采用自由鍛進行初次鍛造得到一次鍛造坯，鍛造始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為800℃，鍛造比大于3.5:1；

②然后采用自由束縛鍛再次進行鍛造，得到二次鍛造坯，鍛造始鍛溫度為1150℃，終鍛溫度為950℃，鍛造比大于3:1；

(3)鍛后熱處理：對步驟(2)得到的二次鍛造坯進行正火處理；

(4)性能熱處理：

①對步驟(3)得到的二次鍛造坯采用緩-急-緩梯度升溫方式升到1150～1200℃，然后采用水冷-空冷三次循環交替方式淬火；

②對淬火后的二次鍛造坯采用回火-水冷-再回火-再水冷的二次回火處理，即得到所述深海采油裝備用鋼鍛件。

進一步地，上述步驟(1)中所述玻璃狀涂層主要成分及其質量百分比含量為：

進一步地，上述步驟(2)中，步驟①的具體鍛造步驟為：將坯料沿軸向鐓粗→將鐓粗的坯料沿直徑方向鐓拔→二次鐓粗→二次鐓拔→三次鐓粗→三次鐓拔→四次鐓粗→四次鐓拔。

進一步地，上述步驟(2)中，步驟②的具體鍛造步驟為：將坯料在束縛作用下沿軸向鐓粗→將鐓粗的坯料在束縛作用下沿直徑方向鐓拔→在束縛作用下二次鐓粗→在束縛作用下二次鐓拔→在束縛作用下三次鐓粗→在束縛作用下三次鐓拔→在束縛作用下四次鐓粗→在束縛作用下四次鐓拔。

進一步地，上述步驟(3)中，所述正火處理具體包括以下步驟：將步驟(2)得到的二次鍛造坯加熱至1000±20℃并保溫至少5小時后，出爐空冷至室溫。

進一步地，上述步驟(4)中，步驟①緩-急-緩梯度升溫方式的具體步驟為：以不高于60℃/h的速度緩慢升溫到600～650℃，然后保溫3-5h；然后以不低于200℃/h的溫度快速升溫到900～950℃后保溫3～5h；然后再以不高于50℃/h慢速升溫到1150～1200℃，并保溫2～3h。

進一步地，上述步驟(4)中，步驟①水冷-空冷三次循環交替間歇淬火工藝中入水冷卻時間t按照經驗公式t＝K×D來估算，式中，鋼鐵材料系數K為3～5s/mm，D為鍛件的直徑，單位為mm；空氣冷卻時間為入水冷卻時間的5.0～10.0倍，開始時淬火的水溫低于20℃，結束時淬火的水溫低于50℃。