一种用于海上移动半潜平台的合金 |
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| 申请号 | CN201710497953.7 | 申请日 | 2017-06-27 | 公开(公告)号 | CN107475567A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 南京律智诚专利技术开发有限公司; | 发明人 | 张桂芳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于海上移动半潜平台的 合金 ，由以下重量份的原料制成：Ni 65.0～72.0份，Si 0.35～0.45份，Cr 1.2～2.4份，Mo 1.0～2.0份，Ti 35.0～48.0份，Mn 2.0～3.6份，Al 75.0～80.0份，Cu 45.0～54.0份。优点是：通过 电子 束熔炼 合金，保证合金的抗压性、 耐磨性 和耐 腐蚀 性；同时，电子束 能量 集中，使得熔池可以达到很高的 温度 ，不仅有利于提高精炼提纯的效果，而且可用于熔炼高熔点金属；此外，电子束的可控性好，能保证熔池温度分布均匀，有利于得到表面 质量 和结晶组织优良的金属锭；采用电渣 重熔 ，使得合金纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、 合金锭 子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀；采用 超 声波 无损探伤仪检测合金锭内部是否有裂痕，保证合金锭的质量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于海上移动半潜平台的合金，其特征在于：由以下重量份的原料制成：Ni |
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| 说明书全文 | 一种用于海上移动半潜平台的合金技术领域[0001] 本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种用于海上移动半潜平台的合金。 背景技术[0002] 海上移动半潜平台由平台本体、立柱和下体或浮箱组成，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接，在下体间的连接支撑，一般都设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。 [0003] 海上移动半潜平台的本体、立柱和下体大都是金属构件，金属构件在海洋环境中极易发生腐蚀，海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。并且由于需要承载钻井机等大型设备，其对合金的载重性能也有极高的要求。 发明内容[0004] 为解决上述问题，本发明公开了一种用于海上移动半潜平台的合金。 [0005] 为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：一种用于海上移动半潜平台的合金，其特征在于：由以下重量份的原料制成：Ni 65.0～72.0份，Si 0.35～0.45份，Cr 1.2～2.4份，Mo 1.0～2.0份，Ti 35.0～48.0份，Mn 2.0～ 3.6份，Al 75.0～80.0份，Cu 45.0～54.0份。 [0006] 所述的一种用于海上移动半潜平台的合金的生产工艺，其特征在于：具体步骤为：（1）将部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Cr、Mo、Ti、Mn，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1600～1750℃，进行高温精炼；再保持温度1350～1400℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1100～1230℃，出坩埚，浇注成合金棒备用； （2）将步骤（1）得到的合金棒放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.04～0.05Pa，电子枪体以1mA/s速度增加束流至150mA，使其轰击到合金圆棒上直至完全熔化，并控制合金熔液温度800～955℃； （3）向步骤（2）电子束熔炼炉体内的合金熔液中加入Al-Cu中间合金，并同时向电子束熔炼炉体内通入氩气，以1mA/s速度将电子枪束流从150mA增加至200mA，并将电子束束斑半径调整为15×15，控制合金熔液温度955～1050℃，搅拌至全部熔化，精炼15～20min，并扒渣； （4）调节电子束炼炉体内的真空度0.01～0.02Pa，静置10～15min，并进行取样快速分析，分析结果符合成分要求的出炉浇注呈圆棒，浇注温度控制为680～700℃，并将圆棒表面砂磨精整、备用； （5）将CaF2、CaO2制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（4）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50～70V、电流4000～6000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭； （6）将步骤（5）得到的合金锭在990～1050℃的条件下进行1～2h的固溶处理；随后将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为150～170℃，保温2.5～3h；之后再将盐浴淬火后的合金锭在500～600℃的条件下进行3～5h的时效处理； （7）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度6000～6500℃，压力100～150Mpa，保持30～50min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温； （8）用超声波无损探伤仪检测步骤（7）得到的合金锭内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。 [0007] 本发明一种用于海上移动半潜平台的合金，首先利用真空炉坩埚熔炼Ni、Si、Cr、Mo、Ti、Mn，然后出坩埚，浇注成合金棒备用；接着将得到的合金棒放置在电子束熔炼炉体内，通过电子枪束流使合金圆棒完全熔化；然后再向电子束熔炼炉体内的合金熔液中加入Al-Cu中间合金，并同时向电子束熔炼炉体内通入氩气，搅拌至全部熔化，并精炼、扒渣；随后静，并进行取样快速分析，分析结果符合成分要求的出炉浇注呈圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用。通过电子束熔炼合金，可以极大地降低合金熔炼过程中O、N、S等有害杂质元素，从降低有害元素的含量角度提高合金的纯净度，进而提高合金中Ni、Ti、Al和Cu的纯度与含量，保证合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性。 [0008] 之后将CaF2、CaO2制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，至圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭。如此，经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。 [0009] 接着将得到的合金锭依次进行固溶处理、盐浴淬火和时效处理。使得合金在能够在海洋的复杂化境下，具有较好的硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度。 [0010] 然后经过将固溶处理、盐浴淬火和时效处理得到的合金锭放入热等静压机内，进行热等静压处理，再用纯氩气进行高压气吹冷却至室温。使得合金锭得以烧结和致密化，通过热等静压处理后，合金锭可以达到100%致密化，提高合金锭的整体力学性能。 [0012] 进一步的，所述步骤（3）中的Al-Cu中间合金中Cu的含量为10～20wt%。 [0013] 进一步的，所述步骤（5）中渣料的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：CaF2 40～70份、CaO2 10～30份。 [0014] 进一步的，所述步骤（6）中熔盐的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：NaCl 45～50份、KCl 35～40份、BaCl2 5～10份。 [0015] 进一步的，所述步骤（7）中纯氩气进行高压气吹，分4～7次气吹，每次1～3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短。 [0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过电子束熔炼合金，极大地降低合金熔炼过程中O、N、S等有害杂质元素，从降低有害元素的含量角度提高合金的纯净度，进而提高合金中Ni、Ti、Al和Cu的纯度与含量，保证合金的抗压性、耐磨性和耐腐蚀性；同时，电子束能量集中，使得熔池可以达到很高的温度，不仅有利于提高精炼提纯的效果，而且可用于熔炼高熔点金属；此外，电子束的可控性好，可通过控制电子束来控制熔池的加热部位，从而保证熔池温度分布均匀，有利于得到表面质量和结晶组织优良的金属锭；采用电渣重熔，使得合金纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀；采用固溶处理、盐浴淬火和时效处理，使得合金在能够在海洋的复杂化境下，具有较好的硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度；采用热等静压处理，再用纯氩气进行高压气吹冷却至室温，使得合金锭得以烧结和致密化，通过热等静压处理后，合金锭可以达到100%致密化，提高合金锭的整体力学性能；采用超声波无损探伤仪检测合金锭内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库，保证合金锭的质量。 具体实施方式[0017] 下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 [0018] 实施例1一种用于海上移动半潜平台的合金，由以下重量份的原料制成：Ni 65.0份，Si 0.45份，Cr 1.2份，Mo 2.0份，Ti 35.0份，Mn 3.6份，Al 75.0份，Cu 54.0份。 [0019] 一种用于海上移动半潜平台的合金的生产工艺，具体步骤为：（1）将部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Cr、Mo、Ti、Mn，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1600℃，进行高温精炼；再保持温度1400℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1100℃，出坩埚，浇注成合金棒备用； （2）将步骤（1）得到的合金棒放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.04Pa，电子枪体以1mA/s速度增加束流至150mA，使其轰击到合金圆棒上直至完全熔化，并控制合金熔液温度955℃； （3）向步骤（2）电子束熔炼炉体内的合金熔液中加入Al-10wt%Cu中间合金，并同时向电子束熔炼炉体内通入氩气，以1mA/s速度将电子枪束流从150mA增加至200mA，并将电子束束斑半径调整为15×15，控制合金熔液温度1050℃，搅拌至全部熔化，精炼15min，并扒渣； （4）调节电子束炼炉体内的真空度0.01Pa，静置15min，并进行取样快速分析，分析结果符合成分要求的出炉浇注呈圆棒，浇注温度控制为680℃，并将圆棒表面砂磨精整、备用； （5）将CaF2 40份、CaO2 30份制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（4）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50V、电流6000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭； （6）将步骤（5）得到的合金锭在990℃的条件下进行2h的固溶处理；随后将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为150℃，保温3h；之后再将盐浴淬火后的合金锭在500℃的条件下进行5h的时效处理；其中熔盐的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：NaCl 45份、KCl 40份、BaCl2 5份； （7）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度6000℃，压力150Mpa，保持30min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分7次气吹，每次1s，气吹次数越多，每次气吹时间越短； （8）用超声波无损探伤仪检测步骤（7）得到的合金锭内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。 [0020] 实施例2一种用于海上移动半潜平台的合金，由以下重量份的原料制成：Ni 72.0份，Si 0.35份，Cr 2.4份，Mo 1.0份，Ti 48.0份，Mn 2.0份，Al 80.0份，Cu 45.0份。 [0021] 一种用于海上移动半潜平台的合金的生产工艺，具体步骤为：（1）将部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Cr、Mo、Ti、Mn，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1750℃，进行高温精炼；再保持温度1350℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1230℃，出坩埚，浇注成合金棒备用； （2）将步骤（1）得到的合金棒放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.05Pa，电子枪体以1mA/s速度增加束流至150mA，使其轰击到合金圆棒上直至完全熔化，并控制合金熔液温度800℃； （3）向步骤（2）电子束熔炼炉体内的合金熔液中加入Al-20wt%Cu中间合金，并同时向电子束熔炼炉体内通入氩气，以1mA/s速度将电子枪束流从150mA增加至200mA，并将电子束束斑半径调整为15×15，控制合金熔液温度955℃，搅拌至全部熔化，精炼20min，并扒渣； （4）调节电子束炼炉体内的真空度0.02Pa，静置10min，并进行取样快速分析，分析结果符合成分要求的出炉浇注呈圆棒，浇注温度控制为700℃，并将圆棒表面砂磨精整、备用； （5）将CaF2 70份、CaO2 10份制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（4）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至70V、电流4000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭； （6）将步骤（5）得到的合金锭在1050℃的条件下进行1h的固溶处理；随后将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为170℃，保温2.5h； 之后再将盐浴淬火后的合金锭在600℃的条件下进行3h的时效处理；其中熔盐的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：NaCl 50份、KCl 35份、BaCl2 10份； （7）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度6500℃，压力100Mpa，保持50min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分4次气吹，每次3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短； （8）用超声波无损探伤仪检测步骤（7）得到的合金锭内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。 [0022] 实施例3一种用于海上移动半潜平台的合金，由以下重量份的原料制成：Ni 68.0份，Si 0.40份，Cr 2.2份，Mo 1.2份，Ti 41.0份，Mn 3.1份，Al 77.0份，Cu 50.0份。 [0023] 一种用于海上移动半潜平台的合金的生产工艺，具体步骤为：（1）将部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Cr、Mo、Ti、Mn，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1680℃，进行高温精炼；再保持温度1380℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1210℃，出坩埚，浇注成合金棒备用； （2）将步骤（1）得到的合金棒放置在电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.045Pa，电子枪体以1mA/s速度增加束流至150mA，使其轰击到合金圆棒上直至完全熔化，并控制合金熔液温度890℃； （3）向步骤（2）电子束熔炼炉体内的合金熔液中加入Al-15wt%Cu中间合金，并同时向电子束熔炼炉体内通入氩气，以1mA/s速度将电子枪束流从150mA增加至200mA，并将电子束束斑半径调整为15×15，控制合金熔液温度1020℃，搅拌至全部熔化，精炼18min，并扒渣； （4）调节电子束炼炉体内的真空度0.015Pa，静置13min，并进行取样快速分析，分析结果符合成分要求的出炉浇注呈圆棒，浇注温度控制为690℃，并将圆棒表面砂磨精整、备用； （5）将CaF2 50份、CaO2 20份制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（4）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至60V、电流5000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭； （6）将步骤（5）得到的合金锭在1020℃的条件下进行1.5h的固溶处理；随后将固溶处理后的合金锭随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为160℃，保温 2.8h；之后再将盐浴淬火后的合金锭在550℃的条件下进行3.8h的时效处理；其中熔盐的组成成分以及各成分所占的重量份数分别为：NaCl 48份、KCl 37份、BaCl2 8份； （7）将得到的合金锭放入热等静压机内，控制温度6300℃，压力120Mpa，保持40min，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分5次气吹，每次2s，气吹次数越多，每次气吹时间越短； （8）用超声波无损探伤仪检测步骤（7）得到的合金锭内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。 |
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