[发明专利]用于处理合金的方法

说明书

一种处理工件以抑制金属间化合物的沉淀的方法包括对包括奥氏体合金的工件的热机械加工和冷却中的至少一种。在所述工件的热机械加工和冷却中的至少一种期间，所述奥氏体合金处于跨越正好低于所述奥氏体合金的σ固溶线温度计算值的温度至冷却温度的温度范围内的温度下，持续时间不大于临界冷却时间。

技术领域

本公开涉及合金方法。本方法可用于例如(但不限于)化学、采矿、石油和天然气行业。

发明背景

用于化学处理设施中的金属合金部件可在严苛条件下与高腐蚀性和/或侵蚀性化合物接触。例如，这些条件可能使金属合金部件经受高应力并且大力促进腐蚀和侵蚀。如果有必要更换化学处理设备的损坏、磨损或腐蚀的金属部件，则可能有必要中止设施操作一段时间。因此，延长化学处理设施中使用的金属合金部件的有效使用寿命可以降低产品成本。可例如通过改进合金的机械特性和/或耐腐蚀性来延长使用寿命。

类似地，在石油和天然气钻井操作中，钻柱组件可能由于机械、化学和/或环境条件而降解。所述钻柱组件可能经受冲击、磨损、摩擦、热、磨耗、侵蚀、腐蚀和/或沉积。常规合金可能遭受一种或多种影响其作为钻柱组件的效用的限制。例如，常规材料可能缺乏足够的机械特性(例如，屈服强度、抗拉强度和/或疲劳强度)，具有不足的耐腐蚀性(例如，抗点蚀性和/或应力腐蚀开裂)，或缺乏必要的非磁性特性。此外，常规合金的特性可能会限制由所述合金制成的钻柱组件的可能的尺寸和形状。这些限制可能降低组件的有效寿命，使石油和天然气钻井复杂化并提高其成本。

高强度非磁性不锈钢通常含有降低合金的耐腐蚀性的金属间沉淀物。在所述金属间沉淀物与基体合金之间产生的电化腐蚀电池可以显著降低在石油和天然气钻井操作中使用的高强度非磁性不锈钢合金的耐腐蚀性。

预期用于石油和天然气行业中的勘探和开发钻井应用的一种高强度非磁性奥氏体不锈钢的宽泛化学组成公开于2011年12月20日提交的共同未决的美国专利申请序列号13/331,135中，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。已发现，在所述'135申请中描述的某些钢的锻造工件的微观结构可包括金属间沉淀物。据认为，金属间沉淀物是由Fe-Cr-Ni金属间化合物构成的σ相沉淀物。所述σ相沉淀物可能损害所述'135申请中公开的不锈钢的耐腐蚀性，这可能不利地影响钢用于特定侵蚀性钻井环境中的适宜性。

发明内容

根据本公开的一个非限制性方面，处理工件以抑制金属间化合物的沉淀的方法包括对包括奥氏体合金的工件的热机械加工和冷却中的至少一种。在所述工件的热机械加工和冷却中的至少一种期间，所述奥氏体合金处于跨越正好低于所述奥氏体合金的σ固溶线温度计算值的温度至冷却温度的温度范围内的温度下，持续时段不大于临界冷却时间。所述σ固溶线温度计算值是以重量百分比计的奥氏体合金的组成的函数并且等于1155.8-(760.4)·(镍/铁)+(1409)·(铬/铁)+(2391.6)·(钼/铁)-(288.9)·(锰/铁)-(634.8)·(钴/铁)+(107.8)·(钨/铁)。所述冷却温度是以重量百分比计的奥氏体合金的组成的函数并且等于1290.7-(604.2)·(镍/铁)+(829.6)·(铬/铁)+(1899.6)·(钼/铁)-(635.5)·(钴/铁)+(1251.3)·(钨/铁)。所述临界冷却时间是以重量百分比计的奥氏体合金的组成的函数并且等于log₁₀ 2.948+(3.631)·(镍/铁)-(4.846)·(铬/铁)-(11.157)·(钼/铁)+(3.457)·(钴/铁)-(6.74)·(钨/铁)。

在所述方法的某些非限制性实施方案中，工件的热机械加工包括工件的锻造。所述锻造可包括例如辊锻、型锻、开坯、开式模锻、压式模锻、压力锻造、自动热锻、径向锻造和顶锻中的至少一种。在所述方法的某些非限制性实施方案中，临界冷却时间是在10分钟至30分钟的范围内，大于10分钟，或大于30分钟。