專利名稱：用于安全系統(tǒng)和其它高壓應(yīng)用的滾壓成型的高強(qiáng)度材料的制作方法
用于安全系統(tǒng)和其它高壓應(yīng)用的滾壓成型的高強(qiáng)度材料
背景技術(shù)：
在烴回收工業(yè)中，所使用的與流體生產(chǎn)的所有方面有關(guān)的工具至 少潛在地暴露于非?？量痰臈l件下。這些條件可為自然的，如高溫和
高壓，并且一些可歸因于流體如C02、 H2S、氯離子和酸刺激。應(yīng)了解， 這些條件僅僅是示例性的，而且同樣涉及到促使材料應(yīng)力、腐蝕和/ 或環(huán)境開裂(無論自然的還是誘發(fā)的)的其它條件。
因?yàn)榫鹿ぞ弑仨氃谒詶l件下操作，所以常規(guī)經(jīng)驗(yàn)是必須使用
極高強(qiáng)度和高度耐腐蝕性的材料。這些性質(zhì)在外國(guó)產(chǎn)且高成本的合金 材料中見到。雖然這些材料是已知的并且對(duì)于它們的預(yù)定目的將非常 適用，但是它們非常昂貴且通常不能以所需要的尺寸得到。
在所需要的極高強(qiáng)度下，特別是根據(jù)NACEMR01 5規(guī)范，非常少的 材料符合對(duì)于腐蝕和抗環(huán)境開裂性的材料要求。極高強(qiáng)度、極高耐腐 蝕性、比較厚的壁厚和尺寸均一性的組合先前僅僅可在外國(guó)產(chǎn)的合金 如MP35N和Elgiloy中得到。
概述
制造用于油氣井的井下工具材料的方法，包括固溶熱處理沉淀硬 化的鎳合金；在所述固溶熱處理之后冷加工所述合金；在所述冷加工 之后時(shí)效所述合金并由此制造所述材料。
詳細(xì)描述
與生產(chǎn)如上所述的超高性能井下工具相關(guān)的材料限制和成本可通 過下文描述的制造井下工具的方法來降低。通過以某一順序采用某些 加工步驟，大大廉價(jià)地獲得沉淀硬化的鎳合金，其能主要在強(qiáng)度方面 增強(qiáng)到使它們可接受地用作超高性能井下工具的水平。目前，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公認(rèn)的，對(duì)于在井眼內(nèi)的高壓或高度腐蝕性環(huán)境 中使用的這些合適的耐腐蝕合金的強(qiáng)度存在限制。在本文中所描述并 在本文中加工的材料將超越對(duì)于這些合金的當(dāng)前限制，由此提高總強(qiáng) 度并促進(jìn)對(duì)于部件形狀和尺寸的更大自由度，和/或使得評(píng)價(jià)整個(gè)工具 用的性能(例如破裂、拉伸)顯著更高。
沉淀硬化的鎳合金例如725 (UNS N07725)和625+(UNS N07716)已 經(jīng)成功地用于在嚴(yán)重腐蝕性環(huán)境中的井下環(huán)境中，直到約130-140ksi 的最小屈服強(qiáng)度。該強(qiáng)度是按照NACEMR0175的要求使用固溶處理和時(shí) 效熱處理所能實(shí)現(xiàn)的峰值。當(dāng)經(jīng)受如本文中所教導(dǎo)的加工步驟時(shí)，可 以進(jìn)一步增強(qiáng)該合金的強(qiáng)度水平到約160ksi或更高的最小屈服強(qiáng)度。
根據(jù)本文中所公開的方法，現(xiàn)在可以制造沉淀硬化的鎳合金以具 有更高的最小屈服強(qiáng)度并保持高耐腐蝕性。
為了實(shí)現(xiàn)以上闡述的益處，使沉淀硬化的鎳合金在約1600T到約 2000下的溫度范圍下經(jīng)受固溶化熱處理并歷時(shí)約30分鐘到約4小時(shí)的 時(shí)間。該固溶化將允許晶粒生長(zhǎng)并促使不同相的小沉淀物溶解在基質(zhì) 內(nèi)。可以使用多種時(shí)間和溫度曲線，約束條件是所述沉淀物被溶解。 在該熱處理之后且替代例如沉淀硬化的其它處理，使所述材料根據(jù)本 文中的方法經(jīng)受滾壓成型處理，由此向該材料中引入相當(dāng)大量(在約 2 0%至約9 0%之間)的冷加工，或者換句話說該材料由于材料的塑性形變 而強(qiáng)化。在滾壓成型工藝中，使用傳遞極度壓縮力的輥?zhàn)訉⒉牧厦?冷加工以使材料"變形"以在旋轉(zhuǎn)處理過程中匹配規(guī)定的形式。在該 處理中不使用外部施加的熱量，但應(yīng)注意到由于該滾壓成型工藝，成 型本身可以引起目標(biāo)材料的溫度升高。滾壓成型工藝除了通過冷加工 強(qiáng)化材料之外還提供幾乎凈成型能力，這減少了機(jī)械加工和材料損耗。
隨后將目前冷加工的材料導(dǎo)去時(shí)效以進(jìn)一步增加其強(qiáng)度。時(shí)效在 約1000下到約1500下的較低溫度下進(jìn)行約2到約25小時(shí)以使由于應(yīng)變 硬化的強(qiáng)度組分的損失最小化。由于該時(shí)效工藝，最后的機(jī)械加工往 往更好地保持耐受性，因?yàn)樵谕ㄟ^本文的方法制備的材料中存在更低 的內(nèi)部殘余應(yīng)力，以使得在機(jī)械加工期間的扭曲最小化。通過使用本文所描述的方法，可以改進(jìn)相對(duì)廉價(jià)的材料以呈現(xiàn)足 以相當(dāng)或超出當(dāng)前服務(wù)要求的所需要的強(qiáng)度性質(zhì)和耐腐蝕性。
雖然已展示并描述了優(yōu)選的實(shí)施方案，可以對(duì)其進(jìn)行改變和替換 而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)理解的是，本發(fā)明已通過舉 例說明而非限制進(jìn)行描述。
權(quán)利要求
1.制造用于油氣井的井下工具材料的方法，包括固溶熱處理沉淀硬化的鎳合金；在所述固溶熱處理之后冷加工所述合金；在所述冷加工之后時(shí)效所述合金。
2. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中所迷固溶熱處理 是在約1600下到約2000下的溫度范圍下。
3. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中所述固溶熱處理 是在約1/2到約4小時(shí)的時(shí)間范圍下。
4. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中所述冷加工是滾 壓成型。
5. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中所迷滾壓成型冷 加工約20%-約90%的所述材料。
6. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中所述時(shí)效是在約 1000下到約1500T的溫度范圍內(nèi)。
7. 權(quán)利要求1的制造井下工具材料的方法，其中時(shí)效時(shí)間在約2 小時(shí)與約25小時(shí)之間。
8. 由權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的井下工具材料。
全文摘要
制造用于油氣井的井下工具材料的方法，包括固溶熱處理沉淀硬化的鎳合金；在所述固溶熱處理之后冷加工所述合金；在所述冷加工之后時(shí)效所述合金并由此制造所述材料。
文檔編號(hào)C22F1/10GK101611161SQ200780051363
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者K·C·霍姆斯, W·M·貝利 申請(qǐng)人:貝克休斯公司