CN115449706A - 一种耐高压合金材料及高强度阀门件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高强度合金材料领域，具体涉及一种耐高压合金材料及高强度阀门件。本发明提供的耐高压合金材料按成品分析计包含以下重量百分比的组分：C：0.08%‑0.14%；Si：0.15%‑0.45%；Mn：0.50%‑0.95%；P：0%‑0.020%；S：0%‑0.018%；Cr：11.50%‑13.50%；Ni：0.42%‑0.60%；Mo：0.20%‑0.30%；Cu：0%‑0.20%；V：0%‑0.10%；Nb：0%‑0.05%；余量为Fe和不可避免性杂质。与现有技术相比，本发明提供的耐高压合金材料，具有优异的耐压性能和耐寒性能。将本发明的耐高压合金材料制成阀门件，可以有效抑制阀杆、阀板、阀座断裂现象，更适于石油天然气钻采压裂试气工程领域的应用。
Description
技术领域
本发明属于高强度合金材料领域，具体涉及一种耐高压合金材料及高强度阀门件，尤其是可应用于石油天然气钻采压裂试气工程领域的耐高压合金材料以及由该耐高压合金材料制成的阀杆、阀板、阀座等阀门件。
背景技术
随着常规天然气及非常规页岩气开采的不断深入，开采的作业环境越来越严苛，对开采设备中的各类阀门的要求也越来越高。开采作业过程中，阀门要承受极高的压力和冲击，特别是在寒冷地区，经常出现阀门的阀杆、阀板、阀座开裂现象，不仅增加了设备的清理和维修作为成本，而且对开采进度造成比较大的影响，甚至引发生产安全事故。一直以来，如何提高阀门的耐压性能和耐久性能是钻采压裂试气工程领域中一项具有挑战性的课题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种耐高压合金材料及高强度阀门件。
本发明的第一方面是开发出一种耐高压合金材料，所述耐高压合金材料按成品分析计包含以下重量百分比的组分：
C：0.08％-0.14％；
Si：0.15％-0.45％；
Mn：0.50％-0.95％；
P：0％-0.020％；
S：0％-0.018％；
Cr：11.50％-13.50％；
Ni：0.42％-0.60％；
Mo：0.20％-0.30％；
Cu：0％-0.20％；
V：0％-0.10％；
Nb：0％-0.05％；
余量为Fe和不可避免性杂质。
进一步地，所述耐高压合金材料按成品分析计，杂质元素H的含量不超过1.6ppm，杂质元素O的含量不超过30ppm。
进一步地，所述耐高压合金材料按成品分析计，杂质元素Pb、Sn、As、Sb、Bi的质量占比的综合不超过0.045％。
进一步地，所述耐高压合金材料按熔炼分析计包含以下重量百分比的组分：
C：0.09％-0.13％；
Si：0.20％-0.40％；
Mn：0.50％-0.90％；
P：0％-0.018％；
S：0％-0.018％；
Cr：11.50％-13.50％；
Ni：0.45％-0.58％；
Mo：0.22％-0.27％；
Cu：0％-0.20％；
V：0％-0.08％；
Nb：0％-0.04％；
余量为Fe和不可避免性杂质。
进一步地，所述耐高压合金材料浇筑成型后需进行热处理；所述热处理包括淬火、一次回火和二次回火。
进一步地，淬火作业时，淬火温度为969℃-1020℃，淬火介质为油；一次回火作业时，一次回火温度为690-740℃，冷却介质为水、油或聚合物淬火液；二次回火作业时，二次回火温度为650-690℃，冷却介质为水、油或聚合物淬火液。
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种耐高压合金材料及高强度阀门件。
本发明的第二方面是在上述耐高压合金材料的基础上将其制成高强度阀门件，所述高强度阀门件包括阀杆、阀板、阀座等。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的耐高压合金材料，具有优异的耐压性能和耐寒性能，在室温下拉伸强度达695MPa，屈服强度达539MPa，延伸率达25.5％，在-46℃的极低温度条件下，冲击功可达64.9J。将本发明的耐高压合金材料制成阀门件，可以有效抑制阀杆、阀板、阀座断裂现象。通过材料性能的提升优化了阀门使用的扭矩，同时也更适于石油天然气钻采压裂试气工程领域的现场使用，而且能够降低现场作业人员的风险。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
本发明开发的耐高压合金材料，其成分按照表1执行，表1中未列示的为Fe和不可避免性杂质。
表1材料的化学成分
该耐高压合金材料应严格控制杂质含量，成品中要求H≤1.6ppm，O≤30ppm。另外，材料中禁止人为添加As等有害性元素，成品中要求Pb、Sn、As、Sb、Bi的残余含量五项之和≤0.045％。
制造时，通过电炉/转炉+炉外精炼+真空脱气的熔炼操作使钢水在浇筑前的成分满足表1所列的成分要求。
进一步地，根据表2所示的热处理步骤过程和工艺对材料进行淬火、一次回火和二次回火。热处理后的材料可达到以下标准：晶粒度大于等于8.0级；按GB/T10561《钢种非金属夹杂物含量的测定-标准评级图显微检验法》见证金属夹杂物检验，其A、B、C、D各类夹杂物的粗系级别和细系级别分别不大于2.0级，DS类夹杂物不大于2.0级，A、B、C、D各类夹杂物的粗系级别和细系级别之和分别不大于3.5级。
表2热处理工艺
实施例1
本实施例的耐高压合金材料成品的组成按重量百分比计如下：
C：0.10％；
Si：0.22％；
Mn：0.62％；
P：0.011％；
S：0.009％；
Cr：11.85％；
Ni：0.465％；
Mo：0.22％；
Cu：0.009％；
V：0.005％；
Nb：0.002％；
H：0.09ppm；
O:15ppm；
N:10ppm；
Pb：0.0002％；
Sn：0.0009％；
As：0.0001％；
Sb：0.0003％；
Bi：0.0003％。
材料经淬火和两次回火处理后进行测试。淬火温度为980℃，冷却介质为油；一次回火温度为720℃，冷却介质为淬火油；二次回火温度为690℃，冷却介质为淬火油。
材料经第三方检测机构东莞市帝恩检测有限公司检测，测试结果如表3所示。表3显示材料具有非常优异的力学性能，并且在-46℃的低温条件下平均冲击功达60J以上，单次测试均不低于50J。
表3性能测试结果
采用本发明开发的耐高压合金材料可进一步制造阀杆、阀板、阀座等阀门件，制得的阀门件具有优异耐低温性能、耐压性能和耐久性能，尤其适用于制成石油天然气钻采压裂试气工程领域的阀门。
以上实施方式是示例性的，其目的是说明本发明的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐高压合金材料，其特征在于：所述耐高压合金材料按成品分析计包含以下重量百分比的组分：
C：0.08%-0.14%；
Si：0.15%-0.45%；
Mn：0.50%-0.95%；
P：0%-0.020%；
S：0%-0.018%；
Cr：11.50%-13.50%；
Ni：0.42%-0.60%；
Mo：0.20%-0.30%；
Cu：0%-0.20%；
V：0%-0.10%；
Nb：0%-0.05%；
余量为Fe和不可避免性杂质。
2.根据权利要求1所述的耐高压合金材料，其特征在于：所述耐高压合金材料按成品分析计，杂质元素H的含量不超过1.6ppm，杂质元素O的含量不超过30ppm。
3.根据权利要求1所述的耐高压合金材料，其特征在于：所述耐高压合金材料按成品分析计，杂质元素Pb、Sn、As、Sb、Bi的质量占比的综合不超过0.045%。
4.根据权利要求1所述的耐高压合金材料，其特征在于：所述耐高压合金材料按熔炼分析计包含以下重量百分比的组分：
C：0.09%-0.13%；
Si：0.20%-0. 40%；
Mn：0.50%-0.90%；
P：0%-0.018%；
S：0%-0.018%；
Cr：11.50%-13.50%；
Ni：0.45%-0.58%；
Mo：0.22%-0.27%；
Cu：0%-0.20%；
V：0%-0.08%；
Nb：0%-0.04%；
余量为Fe和不可避免性杂质。
5.根据权利要求1至4任一项所述的耐高压合金材料，其特征在于：所述耐高压合金材料浇筑成型后需进行热处理；所述热处理包括淬火、一次回火和二次回火。
6.根据权利要求5所述的耐高压合金材料，其特征在于：淬火作业时，淬火温度为969℃-1020℃，淬火介质为油 ；一次回火作业时，一次回火温度为690-740℃，冷却介质为水、油或聚合物淬火液；二次回火作业时，二次回火温度为650-690℃，冷却介质为水、油或聚合物淬火液。
7.一种高强度阀门件，其特征在于： 使用权利要求1-6任一项所述的耐高压合金材料制成。
8.根据权利要求7所述的高强度阀门件，其特征在于：所述高强度阀门件包括阀杆、阀板、阀座。
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