[发明专利]一种深海采油装备用钢及其锻件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深海采油装备用钢及其锻件的制造方法，属于金属锻造与热处理领域。

背景技术

我国海洋具有丰富的油气资源，已探明储量达几百多亿吨，其中绝大多数位于深海区域。但由于水下油气田开采的核心装备(水下采油树)的制造技术只有美国掌握，我国被迫长期依赖美国进口，不仅费用高昂，还给我国的能源安全、海洋安全甚至海防安全带来潜在威胁。

水下采油设备是山一系列具有耐原油(气)高温、高压、高腐蚀的生产和控制通道构筑的，即由设备本体、油管挂、液控闸阀阀体、双孔连接器、管道连接器及生产跨接管道等主要关键部件组成的。针对海底的低温环境、生产介质的温度落差、外部环境载荷及内部高压的承载工况，水下采油关键部件材料除要求具有高强度外，还要求具有良好的晶粒组织、低温韧性及抗热疲劳性能，也就是说其关键零部件基体材料应具有良好的综合机械性能。

通常，深海采油装备尺寸均较大，采用常用锻造工艺处理后的材料往往难以锻透，一些铸态冶金缺陷，如偏析、疏松、缩孔等将不同程度地残留在锻件中，使锻件在热处理过程中将产生更大的应力集中，往往导致锻件在热处理过程中或在热处理结束后的放置过程中发生开裂，或者因内应力的存在而降低零件在服役时的有效寿命。此外由于深海采油装备所处的环境为深海苛刻工况条件，具有腐蚀性强、工作温度低以及压力高等特点，需要采油装备材料具有良好的耐蚀性和低温力学性能，而这些性能采用普通的制造手段往往难以实现，或者生产出的材料合格率低，造成极大的浪费。因此，期望有一种新的深海装备用钢锻造的制造方法来实现锻造的材料具有优秀的耐蚀性和良好的低温力学性能。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种能达到耐腐、耐压、

抗冲击要求指标的深海采油装备用钢及其锻件的制造方法。

本发明的技术方案为：一种深海采油装备用钢，其特征在于，所述钢各成分及其质量百分比含量为：

本发明还公开了一种深海采油装备用钢锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)锻前处理：以上述深海采油装备用钢为坯料，在坯料表面涂覆一层玻璃状涂层，然后再利用自由锻对所述坯料进行热锻，得到阀座一次锻造坯；

(2)锻造：

①采用自由锻进行初次锻造得到一次锻造坯，锻造始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃，锻造比大于3.5:1；

②然后采用自由束缚锻再次进行锻造，得到二次锻造坯，锻造始锻温度为1150℃，终锻温度为950℃，锻造比大于3:1；

(3)锻后热处理：对步骤(2)得到的二次锻造坯进行正火处理；

(4)性能热处理：

①对步骤(3)得到的二次锻造坯采用缓-急-缓梯度升温方式升到1150～1200℃，然后采用水冷-空冷三次循环交替方式淬火；

②对淬火后的二次锻造坯采用回火-水冷-再回火-再水冷的二次回火处理，即得到所述深海采油装备用钢锻件。

进一步地，上述步骤(1)中所述玻璃状涂层主要成分及其质量百分比含量为：

进一步地，上述步骤(2)中，步骤①的具体锻造步骤为：将坯料沿轴向镦粗→将镦粗的坯料沿直径方向镦拔→二次镦粗→二次镦拔→三次镦粗→三次镦拔→四次镦粗→四次镦拔。

进一步地，上述步骤(2)中，步骤②的具体锻造步骤为：将坯料在束缚作用下沿轴向镦粗→将镦粗的坯料在束缚作用下沿直径方向镦拔→在束缚作用下二次镦粗→在束缚作用下二次镦拔→在束缚作用下三次镦粗→在束缚作用下三次镦拔→在束缚作用下四次镦粗→在束缚作用下四次镦拔。

进一步地，上述步骤(3)中，所述正火处理具体包括以下步骤：将步骤(2)得到的二次锻造坯加热至1000±20℃并保温至少5小时后，出炉空冷至室温。

进一步地，上述步骤(4)中，步骤①缓-急-缓梯度升温方式的具体步骤为：以不高于60℃/h的速度缓慢升温到600～650℃，然后保温3-5h；然后以不低于200℃/h的温度快速升温到900～950℃后保温3～5h；然后再以不高于50℃/h慢速升温到1150～1200℃，并保温2～3h。

进一步地，上述步骤(4)中，步骤①水冷-空冷三次循环交替间歇淬火工艺中入水冷却时间t按照经验公式t＝K×D来估算，式中，钢铁材料系数K为3～5s/mm，D为锻件的直径，单位为mm；空气冷却时间为入水冷却时间的5.0～10.0倍，开始时淬火的水温低于20℃，结束时淬火的水温低于50℃。