一种用于酸性天然气和石油环境中的固溶体镍基合金，其包括重量百分比计的：铬：最少21.0％和最多24.0％；铁：最少17.0％和最多21.0％；钼：最少6.5％和最多8.0％；铜：最少1.0％和最多2.5％；钨：最少0.1％和最多1.5％；可溶氮：最少0.08％和最多0.20％；锰：最多4.0％；硅：最多1.0％；碳：最多0.015％；铝：最多0.5％；和铌、钛、钒、钽和锆的总量：最多0.45％；剩余是镍和附带的杂质，以及由所述合金制造制品的方法，和由所述合金形成的制造制品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍-铬-铁-钼耐蚀合金和制造的制品及其制造方法与本申请相关的交叉引用本申请要求于2015年6月19日提交的美国专利申请号为14/744,515和于2014年6月20日提交的美国临时申请序列号为62/014,803的优先权，在此以整体引用并入本文。
本专利
涉及适用于酸性天然气和石油环境中的固溶体强化的镍-铬-铁-钼耐蚀合金。
技术介绍
镍合金通常能够经受很多种严峻的操作条件，包括腐蚀性环境、高温和高应力。从工业纯镍到包含多达12或更多合金元素的复合合金，镍合金用于很多种用途，包括，例如，化学和石油化学工业；纸浆和造纸厂；飞机燃气涡轮机；蒸汽机轮发电厂；往复式发动机；金属加工；医药应用；太空交通工具；热处理设备；核能系统；污染控制设备；金属加工厂；煤气化和液化系统；汽车工业；和石油和天然气工业。深井对于石油和天然气勘探的未来很重要。深井通常可分为甜的或酸性的，甜井是轻度腐蚀的，酸性的井是高度腐蚀的，包含腐蚀性试剂的混合物，如氢化硫、二氧化碳、氯化物和单体硫。酸性井的腐蚀条件混合有高温和高压。因而，对于酸性的石油和天然气环境，选择材料以满足严格的耐蚀标准，同时具有优异的机械性能。镍-铬-铁-钼合金与石油和天然气工业中所用的其他材料相比具有优势，包括高强度、高韧性和优异的耐蚀性。镍-铬-铁-钼合金包括固溶体合金和沉淀可硬化合金。固溶体合金通常通过固溶体强化和冷加工获得强度。沉淀可硬化合金通常用于较大的横截面，通过冷加工不能容易地将其强化，或在较高的温度下使用，在这种温度下冷加工的影响不能持续。沉淀可硬化合金主要由于合金基质中第二相的沉淀获得其强度。沉淀硬化通常是γ'或γ”相通过热处理沉淀的结果。碳化物和氮化物的形成也可强化沉淀可硬化合金。但是与固溶体合金相比，沉淀可硬化合金有劣势。因而，沉淀可硬化合金的使用通常局限于固溶体合金不理想的应用。合金028(UNSN08028/W.Nr.1.4563)，添加钼和铜的镍-铁-铬合金尤其耐硫酸和磷酸，常用于化学加工、污染控制设备、石油和天然气井管道、核燃料再处理、酸生产和酸洗设备。合金028的化学组成是，以重量百分比计：Ni:30-32；Fe:最少22；Cr:26-28；Mo:3-4；Cu:0.60-1.40；C:最多0.02；Mn:最多2；S:最多0.03；和Si最多0.70。设计合金C-276(UNSN10276/W.Nr.2.4819)，添加钨的镍-钼-铬合金，以在大范围的严峻环境中具有优异的耐蚀性。高镍和高钼含量使得合金在还原环境中尤其耐点状腐蚀和缝隙腐蚀，同时铬表现出对氧化介质的耐受性。低碳含量减少了焊接过程中的碳化物沉淀以保持焊态结构的耐蚀性。这种合金耐焊接热影响区中晶界沉淀物的形成，因而使其适合于焊接状态的大部分化学工艺应用。合金C-276(UNSN10276/W.Nr.2.4819)广泛用于最严峻的环境，如化学加工、污染控制、纸浆和纸生产、工业和城市垃圾处理和酸性天然气的回收。合金C-276(UNSN10276/W.Nr.2.4819)的化学组成是，以重量百分比计：Mo:15.0-17.0；Cr:14.5-16.5；Fe:4.0-7.0；W:3.0-4.5；Co:最多2.5；Mn:最多1.0；C:最多0.01；V:最多0.35；P:最多0.04；S:最多0.03；Si:最多0.08；和余量为镍。合金G-3(UNSN06985/W.Nr.2.4619)，固溶体强化镍-铬-铁-钼合金，提供了机械性能和耐蚀性的优异组合，被广泛用于天然气和石油工业的热、酸性环境中使用的管材中。合金G-3(UNSN06985/W.Nr.2.4619)的组成限定通常表示为21.0-23.5wt％的铬，18.0-21.0wt％的铁，6.0-8.0wt％的钼，1.5-2.5wt％的铜，最多0.50wt％的铌+钽，最多0.015wt％的碳，最多1.5wt％的钨，最多1.0wt％的硅，最多1.0wt％锰，最多0.04wt％的磷，最多0.03wt％的硫，最多5.0wt％的钴，和余量为镍。合金G-3(UNSN06985/W.Nr.2.4619)对氧化的化学品和气氛具有优异的耐蚀性，并且由于它的镍和铜含量，还耐受还原性化学品。它还在含氯化物的环境中具有异常的耐应力-腐蚀-开裂性能，具有非常好的点状腐蚀和缝隙腐蚀耐受性，和良好的焊接性和焊接状态下的耐晶间腐蚀性。但是，目前全世界不断增加的天然气和石油的需求量已经导致天然气和石油工业开始从更深和更酸性的井中提取这些商品。更深的井意味着更高的温度、更高的压力和更腐蚀性的环境，尤其关于酸性天然气环境。合金028(UNSN08028/W.Nr.1.4563)、合金C-276(UNSN10276/W.Nr.2.4819)、和合金G-3(UNSN06985/W.Nr.2.4619)没有达到石油和天然气工业高强度应用所要求的强度和延展性水平。因而，相比于现存合金目前所提供的，需要改善机械性能和耐蚀性的组合。更具体地，需要显著地增加固溶体镍合金的强度而不损失延展性、韧性、可加工性和耐蚀性。此外，经过认证的用于石油和天然气领域应用的合金除了用于任何给定应用所需的通常要求的性能之外，还具有洁净的微结构。Kudoetal.的美国专利号为4,400,210的专利(以下称为“Kudo‘210”)公开了一种合金，其用于制造油井操作中使用的高强度深井套管、管道和钻探管。Kudo‘210阐述了合金在H2S-CO2-Cl-环境中具有改善的耐应力-腐蚀-开裂性能。合金包括：C:至多0.10％，Si:至多1.0％，Mn:至多2.0％，P:至多0.030％，S:至多0.005％，N:0-0.30％，Ni:25-60％，Cr:22.5-35％，Mo:少于7.5％和W:少于15％，和余量为铁以及附带的杂质，并满足以下方程式：Cr(％)+10Mo(％)+5W(％)≥70％，和3.5％≤Mo(％)+1/2W(％)<7.5％。Kudo‘210进一步阐述了合金可进一步包括以下的任何组合：(i)Cu:至多2.0％，和/或Co：至多2.0％其中之一；(ii)一种或多种稀土元素：至多0.10％；Y:至多0.20％，Mg:至多0.10％；和Ca:至多0.10％；(iii)Nb、Ti、Ta、Zr和V中的一种或多种，总量为0.5-4.0％；和(iv)含量为0.05-0.30％，优选为0.10-0.25％的氮，特意添加入合金中。Kudo‘210还阐述氮可以以0.05-0.25％的含量结合以总量0.5-4.0％添加的Nb和/或V添加。但是，Kudo‘210没有提供具有高强度而不损失延展性、韧性、可加工性和耐蚀性，同时具有石油和天然气工业所要求的洁净微结构的合金。Kudoetal.的美国专利号4,400,211的专利(以下称为“Kudo‘211”)公开了另一种合金，其用于制造油井操作中使用的高强度深井套管、管道和钻探管。Kudo‘211阐述了合金在H2S-CO2-Cl-环境中具有改善的耐应力-腐蚀-开裂性。合金包括：C:至多0.10％，Si:至多1.0％，Mn:至多2.0％，P:至多0.030％，优选地至多0.003％，S:至多0.005％，Ni:30-60％，Cr:15-35％，Mo:至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于酸性天然气和石油环境中的固溶体镍基合金，包括重量百分比计的：铬：最少21.0％和最多24.0％；铁：最少17.0％和最多21.0％；钼：最少6.5％和最多8.0％；铜：最少1.0％和最多2.5％；钨：最少0.1％和最多1.5％；可溶氮：最少0.08％和最多0.20％；锰：最多4.0％；硅：最多1.0％；碳：最多0.015％；铝：最多0.5％；和铌、钛、钒、钽和锆的总量：最多0.45％；剩余是镍和附带的杂质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/014,803;2015.06.19 US 14/744,5151.一种用于酸性天然气和石油环境中的固溶体镍基合金，包括重量百分比计的：铬：最少21.0％和最多24.0％；铁：最少17.0％和最多21.0％；钼：最少6.5％和最多8.0％；铜：最少1.0％和最多2.5％；钨：最少0.1％和最多1.5％；可溶氮：最少0.08％和最多0.20％；锰：最多4.0％；硅：最多1.0％；碳：最多0.015％；铝：最多0.5％；和铌、钛、钒、钽和锆的总量：最多0.45％；剩余是镍和附带的杂质。2.根据权利要求1所述合金，其中最大铬含量为23.5％。3.根据权利要求1-2任一项所述的合金，其中最小钼含量为6.8％。4.根据权利要求1-3任一项所述的合金，其中最大钼含量为7.8％。5.根据权利要求1-4任一项所述的合金，其中最小铜含量为1.5％。6.根据权利要求1-5任一项所述的合金，其中最小钨含量为0.50％。7.根据权利要求1-6任一项所述的合金，其中最小可溶氮含量为0.10％。8.根据权利要求1-7任一项所述的合金，其中最大可溶氮含量为0.19％。9.根据权利要求1-8任一项所述的合金，其中Mo+1/2W的含量控制为最小7.6％。10.根据权利要求1-9任一项所述的合金，其中Mo+1/2W的含量控制为最大8.5％。11.根据权利要求1-10任一项所述的合金，其中全部氮含量最大为0.20％。12.根据权利要求1-11任一项所述的合金，其中合金具有低温老化性能，当老化后的屈服强度(YSaa)为至少145ksi时，Δ(YS×El)大于0，其中Δ(YS×El)是老化后的0.2％条件屈服强度(ksi)乘以百分伸长率(YSaa×Elaa)减去老化前的0.2％条件屈服强度(ksi)乘以百分伸长率(Y...
【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·A·贝克，德贝永蒂·梅特尔，
申请(专利权)人：亨廷顿冶金公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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