[发明专利]一种930MPa级Ti-Al-V-Zr-Ru耐蚀钛合金管材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种930MPa级Ti‑Al‑V‑Zr‑Ru耐蚀钛合金管材及其制造方法，属于石油天然气工业油井管制造技术领域，按质量分数计，其组成包括Al：5.8～6.5％，V：2.0～3.0％，Zr：1.0～1.7％，Mo：0.5～1.0％，Ru：0.1～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质。其制备方法是：冶炼、铸造、锻造、挤压、轧制、退火处理、固溶处理、预拉伸处理及时效处理。通过以上工艺路线得到的钛合金钻杆屈服强度大于930MPa，且耐腐蚀性能好。

技术领域

本发明属于石油天然气工业油井管制造技术领域，涉及一种930MPa级Ti-Al-V-Zr-Ru耐蚀钛合金管材及其制备方法。

背景技术

随着国内外油气资源需求的增加，亟需开发一些深井、超深井、水平井以及海洋油气田来满足需求。国内外上已对由于Cl^-，CO₂，H₂S引发的油井管腐蚀失效问题进行了充分的研究讨论和技术改革创新，且使用了很多的防护措施，如研发抗硫钻杆、铝合金钻杆以及镍基合金油井管的使用、并且在此基础上添加缓蚀剂、在油套管内壁涂覆防腐涂层等。国内外研究表明，马氏体不锈钢、双相不锈钢管材在高温高含CO₂，H₂S油气田中的应用受到了限制，而且镍基合金更是成本高昂，难以在油气田大规模推广使用。深井超深井含有较高的井底温度和压力以及苛刻的腐蚀环境使得需要更高强度的耐蚀石油管材来为油气田的安全生产提供保障。

钛合金钻杆作为一种新型轻质钻杆开始崭露头角，由于钛合金钻杆具有密度低、比强度高、耐腐蚀、无磁等优良特性，在深井、超深井以及深海钻井作业的钻井应用中具有良好的适应性。在现有的钛合金管材中，Al为α相稳定化元素，能提高相变点，在α相中大量溶解和扩大α相区，主要起固溶强化作用，每增加1％Al，可使室温抗拉强度增加50MPa。Zr为常用的中性元素，在α钛和β钛中均有较大的溶解度，常和其他元素同时加入，有补充强化作用，对塑性的不利影响比Al小，使合金具有良好的压力加工性能和焊接性能，Zr主要起到固溶强化、时效强化及沉淀强化作用，适量的Zr也有细化晶粒的作用。V是β稳定元素中应用最广的元素，对β相起固溶强化作用，降低相变点，增加合金的淬透性，从而强化热处理的效果。

当前，现有技术中的钛合金材料大多用于航空航天、高温高强领域，当用于海洋工程的深海作业中时，由于某些深井中的酸性较强，导致管材的腐蚀速率较高，容易造成石油管材失效事故的发生，同时缩短了管材的使用寿命，造成海洋工程的深井作业成本较高，因此亟需发展一种高强度耐蚀性强的钛合金管材。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种930MPa级耐蚀钛合金管材及其制备方法，通过控制Al和V的含量，并添加了Ru，经过热加工、固溶处理、预拉伸及时效处理，得到屈服强度大于930MPa且耐腐蚀性能较好的钛合金管材，从而能够解决现有的钛合金管材在酸性较强的深井中导致油井管腐蚀失效的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种930MPa级Ti-Al-V-Zr-Ru耐蚀钛合金管材，制备该钛合金管材时添加的原料为：Al的质量分数为5.8％～6.5％，V的质量分数为2.0％～3.0％，Zr的质量分数为1.0％～1.7％，Ru的质量分数为0.1％～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质。

优选地，所述钛合金管材的腐蚀速率小于1mm/y。

一种930MPa级Ti-Al-V-Zr-Ru耐蚀钛合金管材的制备方法，包括如下步骤：

S1：按照上述质量百分数称取原料进行混合，并在冶炼后进行铸造，得到管坯；

S2：将步骤S1制备的管坯预先进行热加工锻造；

S3：将步骤S2热加工锻造后的管坯依次进行挤压和轧制处理，得到管材半成品；