[發明專利]一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金及其管材制造方法

有效

• 申請號: 201811496652.3
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109487120B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 蔣龍;馮春;韓禮紅;劉永剛;李方坡;潘志勇;朱麗娟;路彩虹;王航;徐欣
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/10;B22D18/06;C22F1/18;C22C1/02;B21C31/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金及其管材制造方法，按重量百分比計，Fe：3.0～5.0％，Al：3.0～5.0％，石墨烯：0.02～0.05％，其余為鈦；將純鐵、純鋁、鈦以及石墨烯采用真空懸浮熔鑄法熔煉，得到管坯；將管坯加熱進行均勻化退火；將加熱后的管坯經擠壓機進行擠壓，然后預拉伸變形。本發明合金的綜合成本較現有同級性能指標的鈦合金降低25％～30％。本發明充分利用了Fe、Al元素的固溶強化作用和分別對α相和β相的穩定作用；采用一步直接形變熱處理(熱擠壓)工藝，不僅提高了產品的綜合性能，而且能夠采取靈活的擠壓生產工藝，提高生產率和成材率。

技術領域

本發明涉及石油管制造技術領域，具體涉及一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金及其管材制造方法。

背景技術

隨著石油工業的發展，深井、超深井及水平井數量不斷增加，勘探開發難度增大。傳統鋼制鉆桿比強度低，在復雜工況油氣鉆采條件下發生的應力腐蝕斷裂、疲勞斷裂、泄漏、過載等失效事故對油氣井的安全生產造成了極大的威脅。鈦合金鉆桿比強度高、抗硫化氫應力腐蝕性能及耐腐蝕疲勞性能良好，可以顯著減輕鉆柱重量，緩解應力集中，提高鉆柱的最大下入深度、耐腐蝕疲勞性能等，延長鉆柱服役壽命，減少油氣井中鉆具失效造成的安全事故。此外，對耐蝕鈦合金鉆桿用管材的性能及成本要求不斷提高，其研究受到廣泛重視。

目前普遍使用的鈦合金材料多采用V、Zr、Pd、Ru等貴金屬元素高合金化設計，成本較高，工藝復雜，加工難度大，成材率低。

在專利申請號為CN200810150893.2的“一種低成本高強度鈦合金”中，其合金成分以質量％計：Al:4％～6％,V:1.9％～2.9％，Fe:1％～3％,余量為鈦和不可避免的雜質。雖然也含有Al、Fe，而其Cr為重金屬元素，容易生成高污染有毒的六價Cr離子，已被歐盟禁止使用。

在專利申請號為CN200810117904.7的“一種低成本α+β型鈦合金”中，其合金成分：Al:4.5％～8％,Cr:0.3％～2％，Fe:0.3％～2％,Mo:0～1％，余量為鈦和不可避免的雜質。其中Cr和Fe分別以鋁鉻中間合金和鋁鐵中間合金的形式加入，且同樣含有重金屬元素Cr。

發明內容

為解決現有技術中的問題，本發明的目的是提供一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金及其管材制造方法，解決現有鈦合金鉆桿用管材生產工藝復雜、加工性能要求較高、成本昂貴、比強度低等技術問題。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金，以重量百分比計，包括Fe：3.0～5.0％，Al：3.0～5.0％，石墨烯：0.02～0.05％，其余為鈦和不可避免的雜質。

本發明進一步的改進在于，以重量百分比計，包括Fe：3.0～4.0％，Al：4.0～5.0％，石墨烯：0.02～0.05％，其余為鈦和不可避免的雜質。

本發明進一步的改進在于，以重量百分比計，包括Fe：4.0～5.0％，Al：3.0～4.0％，石墨烯：0.02～0.05％，其余為鈦和不可避免的雜質。

一種石墨烯增強1200MPa級鈦合金鉆桿用鈦合金管材制造方法，包括如下步驟：

1)按重量百分比計，Fe：3.0～5.0％，Al：3.0～5.0％，石墨烯：0.02～0.05％，其余為鈦；將純鐵、純鋁、鈦以及石墨烯采用真空懸浮熔鑄法熔煉，得到管坯；

2)將管坯加熱進行均勻化退火；

3)將加熱后的管坯經擠壓機進行擠壓，然后預拉伸變形。

本發明進一步的改進在于，均勻化退火的溫度為970～990℃，時間為1h。