[发明专利]一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法

说明书

本发明公开了一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，通过大幅度降低Al‑Cu‑Mg合金中Cu/Mg的质量比和采用添加降低基体与第二相电位差的微量Ag元素的合金化方法，大幅度提高合金的耐腐蚀性能。同时还采用多种弥散相形成元素(Mn、Zr、Ti、Cr)的复合添加合金化方法，并配合以合适的二级均匀化退火、热轧或热挤压变形加工方法，形成均匀的弥散相和小角度低能晶界，提高Al‑Cu‑Mg合金的耐腐蚀性能。与此同时，添加的微量Ag元素溶解进入S’相后提高了其热稳定性，与均匀化阶段析出的弥散相一起提高合金的耐热性能。最终，制备出耐腐蚀性能可以与6061合金相媲美的、又具有较高热强性的新型耐腐蚀性的耐热铝合金，适用于石油钻采作业的油井管及其他工业用途。

技术领域

本发明涉及油井管材技术领域，具体涉及一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法。

背景技术

在油气开发过程中酸化压裂技术是一种使用最为常见的办法，随着石油工业的发展，深井、超深井、高含硫井及水平井数量不断增加，工况日趋复杂。传统的钢制油井管无法实现后期的二次改造或者侧钻，以及后期打捞油管等修井作业带来的安全作业和修井成本及时间。而铝合金油管具有良好的易钻性(或可溶性)，可以较好地解决这个问题。但是，在深井、超深井环境下，要求铝合金既要具有高的耐腐蚀性，又要具有高耐热相结合的综合性能。现场试验情况表明，铝合金油井管材料要求达到与6061铝合金相当的耐腐蚀性能，而200℃下拉伸强度σ_b≥350MPa、室温拉伸强度σ_b≥400MPa。如此高的耐腐蚀性能与高耐热性能相配合的综合性能是现有铝合金无法达到的。

现有耐热铝合金2A43、2618、2D70无法达到与6061相媲美的耐腐蚀性能，而耐腐蚀性优良的6000系铝合金和5000系铝合金无法满足深井、超深井油井管对耐热性能的要求。公开号为CN105568090B的专利，公开了一种耐氯离子腐蚀的油井管用铝合金及管材制造技术。该专利提供了一种7000系高强铝合金油井管材料技术，相对于常规7000系铝合金而言，具有较好的耐腐蚀性，但还是不能与6000系铝合金相媲美，况且耐热性能无法达到2000系铝合金的水平。公开号为CN104745903B和CN105886861B的专利，都是以7000系高强铝合金开发出耐腐蚀油井管材料，效果与上面提到的CN105568090B专利的技术思路类似。为了提高油井管的耐腐蚀性能，有的专利如CN104480358A采用5000(Al-Mg)系铝合金作为油井管材料。但是，5000系铝合金不具备足够的耐热性，这是大家所公认的。因此，为解决现有技术的不足，必须开发适用于深井超深井的高耐腐蚀、高耐热铝合金油井管材料及加工技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种同时提高铝铜镁合金油井管耐腐蚀和耐热性的方法，通过降低Al-Cu-Mg合金中Cu/Mg的质量比,然后添加微量Ag,降低合金基体与第二相电位差，添加的微量Ag溶解进入S’相中，提高了S’相的热稳定性,再添加弥散相形成元素Ti、Zr、Cr或Mn,然后在二级均匀化退火中析出均匀的弥散相Al₃Ti、Al₃Zr、Al₇Cr或Al₂₀Cu₂Mn₃，最终通过热轧或热挤压变形加工，形成小角度低能晶界，提高合金的热强性、耐热性以及耐腐蚀性能，步骤如下：

S1,按各元素组分质量百分比备料，然后进行合金熔炼，再经除气，扒渣后铸锭成型；

S2，对铸锭进行二级均匀化退火处理；

S3，将均匀化热处理后的Al-Cu-Mg合金铸锭，去头、切尾、铣面，然后用热轧变形加工成板材，或用热挤压变形加工成管材或棒材；

S4,将经步骤S3处理后得到的管材、棒材或板材进行固溶处理及时效处理。