[发明专利]一种提高铝合金钻杆用Al-Cu-Mg合金室温强度和高温性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金的热处理技术领域，特别涉及一种提高铝合金钻杆用Al-Cu-Mg合金室温强度和高温性能的方法。

背景技术

低Cu/Mg比的Al-Cu-Mg合金由于密度小且具有良好的强韧性、耐疲劳、耐硫化氢腐蚀和一定的耐热性，做为石油钻杆材料在石油钻探领域有着良好的应用前景。该系列合金的时效析出序列为：GPB区，S′相，S相。根据不同的使用条件，合金的热处理状态也不一样，这样合金中的微观组织状态也不一样。作为高强高韧性构件的合金，其通常使用的时效状态一般为峰值强度时效态（T6），该状态下合金的强度达到峰值，其微观组织处于时效析出的S′阶段。

Al-Cu-Mg合金在T6热处理状态下的热强性和热稳定性不高，为了提高该系列合金的高温力学性能，通常加入Fe、Ni元素以形成Al₉FeNi耐热相，或者在较高Cu/Mg比的Al-Cu-Mg中加入Ag，形成Ω耐热相。归纳起来，这些方法就是通过加入新的合金元素，形成新的耐热相，以提高合金热强性和热稳定性。

研究表明，位错作为一种晶体缺陷，可以成为强化相析出的能量陷阱，而促进Al-Cu-Mg合金的S’相析出。同时，位错作为能量陷阱还可以阻止S’相在高温环境下的粗化长大。这样，不仅可以在峰值强度值的基础上进一步提高合金强度，还可以降低析出相在高温环境下的粗化速率，提高合金的高温力学性能。而引入位错的方法就是塑性变形，这是一种比合金化方法廉价得多的技术方法。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：通过加入Fe、Ni、Ag等元素合金化提高合金耐热性的方法，必然会增加成本，尤其对于添加象Ag和Ni这样价格昂贵的合金元素，则更是如此。因此，开发新的技术途径，以较低的成本提高Al-Cu-Mg合金的热强性和热稳定性，对于该系列合金做为钻杆材料在石油钻探领域中的推广应用，具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种提高铝合金钻杆用Al-Cu-Mg合金室温强度和高温性能的方法，即利用位错作为能量陷阱的作用，不仅促进强化相的析出，而且还能阻止S’相在高温环境下的粗化长大。所述技术方案如下：

提供了一种提高Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金室温强度和高温性能的方法，所述方法包括：将经过固溶的所述Al-Cu-Mg合金预拉伸变形0～8%后，加热至160℃～190℃，保温4小时～120小时后出炉空冷,所述Al-Cu-Mg合金中铜镁含量比小于或者等于5。

进一步地，所述Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金的主组分及重量百分比为：Cu：3.8%～4.5%，Mg：1.2%～1.6%，Mn:0.3%～0.9%，Ti:0.05%～0.20%，余量为Al。

进一步地，所述Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金的固溶温度为470℃～500℃。

进一步地，所述Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金的固溶时间为50分钟～90分钟。

进一步地，所述Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金的在固溶后采用水淬降温。

另一方面，本发明还提供了一种提高Al-Cu-Mg铝合金钻杆用合金室温强度和高温性能的方法，所述方法包括：将经过固溶的所述Al-Cu-Mg合金预拉伸变形0～8%后，加热至160℃～190℃，保温4小时～120小时后出炉空冷,所述Al-Cu-Mg合金中铜镁含量比小于或者等于5。

其中，所述Al-Cu-Mg合金的组分及重量百分比为：

Cu：4.0%～4.3%，

Mg：1.5%～1.6%，

Mn:0.4%～0.6%，

Ti:0.1%～0.15%，

余量为Al。

所述Al-Cu-Mg合金的固溶温度为450℃～500℃。

所述Al-Cu-Mg合金的固溶时间为60分钟～90分钟。

所述Al-Cu-Mg合金的在固溶后采用水淬降温。