一种超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层及其制备方法，所述镀层为两层结构，包括与基体相接触的镍层，与该镍层紧密接触的铜锌合金层；其中，镍层的厚度为1～1.5μm，铜锌合金层的厚度为10～18μm，铜锌合金层成分重量比为：锌27％～30％，余量为铜。本发明专利技术防粘扣镀层将镀层合金层由铜锡(Cu‑Sn)层变成铜锌(Cu‑Zn)层，使重复上卸扣性能更稳定。
An anti-sticking coating for super martensitic stainless steel tubing and casing threaded joints and its preparation method
The anti-sticking coating on the surface of super martensitic stainless steel and its preparation method are two layers of structure, including a nickel layer contacted with the substrate, and a copper-zinc alloy layer closely contacted with the nickel layer. Among them, the thickness of the nickel layer is 1-1.5 micron, the thickness of the copper-zinc alloy layer is 10-18 micron, and the composition-weight ratio of the copper-zinc alloy layer is 27%-30%, and the remainder is copper. The anti-sticking coating of the invention transforms the alloy layer of the coating from copper-tin (Cu_Sn) layer to copper-zinc (Cu_Zn) layer, so that the repetitive up-and-down performance is more stable.
【技术实现步骤摘要】
一种超级马氏体不锈钢油套管螺纹接头防粘扣镀层及其制备方法
本专利技术属于油套管镀层制备技术，特别涉及一种超级马氏体不锈钢油套管螺纹接头防粘扣镀层及其制备方法。
技术介绍
油套管是石油天然气勘探开发中用量最大的管材类产品，随着我国石油天然气向超深井、腐蚀井、海洋油气井的发展，井况腐蚀环境会越来越严重，为确保油气井勘探开发的安全可靠，高铬钢油套管用量会不断增加。在油套管的使用过程中，螺纹接头粘扣是最常见的失效形式之一，螺纹接头粘扣直接影响油套管管柱的结构完整性和密封完整性。油套管接头由内螺纹和外螺纹组成，使用过程通过上扣和卸扣进行螺纹的拧紧和松开，螺纹接头相当于一对摩擦副，当内螺纹和外螺纹表面相互接触时，从微观来看，两个接触体的实际接触面积只在结合表面少数微凸体上，由于接触压力很高，引起微凸体塑性变形，局部形成焊合点，同时由于内螺纹和外螺纹材质相同，互溶性大，在内外螺纹表面的相对滑动时，引起油套管螺纹接触部位金属迁移产生粘着失效，即油套管接头发生粘扣。由于油套管接头重复上卸扣不发生粘扣是其重要性能指标之一，为此，针对不同材质需对接头连接表面进行磷化、电镀铜锡合金(Cu-Sn合金)等表面处理，在上扣时，再采用在接头连接处涂覆螺纹脂，确保接头连接处不发生粘扣失效。目前对高铬钢油套管螺纹接头普遍采用电镀铜锡合金层表面处理技术，但对于超级马氏体不锈钢油套管螺纹接头，在进行6次以上重复上卸扣时，电镀铜锡合金层就会出现粘扣失效，影响产品正常使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层及其制备方法，将镀层合金层由铜锡(Cu-Sn)层变成铜锌(Cu-Zn)层，使重复上卸扣性能更稳定。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层，其为两层结构，包括与基体相接触的镍层，与该镍层紧密接触的铜锌合金层。优选的，所述镍层的厚度为1～1.5μm，铜锌合金层的厚度为10～18μm。优选的，所述镍层的成分为：镍100％；铜锌合金层成分重量比为：锌27％～30％，余量为铜。本专利技术所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层的制备方法，其采用电沉积方法，包括制备镍层、制备铜锌合金镀层。进一步，所述制备镍层过程中阳极为镍棒；所述制备铜锌合金镀层过程中阳极为铜锌棒。优选的，所述制备镍层过程中，电镀液成分为：NiCl2200～250g/L，NiSO4260～320g/L，HCl180～220g/L。优选的，所述制备镍层过程中，镀液温度为室温，阴极电流密度5～8A/dm2，时间3～4min。优选的，所述制备铜锌合金镀层过程中，电镀液成分：氰化亚铜40～45g/L，氰化锌13～15g/L，游离氰化钠12～14g/L，碳酸钠40～50g/L，氯化铵5～7g/L。优选的，所述制备铜锌合金镀层过程中，镀液温度为35～38℃，镀液pH为11.5～11.7，阴极电流密度0.5～1.5A/dm2，时间30～50min，阳极铜锌比为(68～70)：(30～32)。本专利技术所述超级马氏体不锈钢的基体组织是马氏体，属体心正方晶体结构，螺纹接头在拧紧过程中受摩擦作用而加热，微凸点处的变形和摩擦使温度升高，随着微凸点处温度升高，马氏体发生回火转变，马氏体中碳的过饱和度下降，从原来的具在一定过饱和度的α相转变成平衡的α相，晶体结构也由原来的体心正方转变成体心立方。随着温度的进一步升高，有可能发生α相向γ相的转变，这些转变造成材料表面发生组织结构变化。组织结构对摩擦副的摩擦特性影响很大。晶体结构与粘着摩擦的关系是：体心立方与面心立方晶体结构金属摩擦副在粘着摩擦中磨损很强烈，摩擦速度增加时，这些金属的磨损强度也增加。因此，从摩擦金属学的观点看，超级马氏体不锈钢制油套管接头抗磨损性能是比较差的。油套管螺纹接头上卸扣时，不仅接触压力高易导致粘扣失效，其在上卸扣过程中的摩擦发热对表面镀层也会产生较大负面影响，直接影响油套管螺纹接头的抗粘扣性能。因此，变形阻力小、耐磨性好、熔点较高的镀层材料，可获得良好的抗粘扣性能。本专利技术为达到满足防粘扣涂层的特性，将镀层合金层由铜锡(Cu-Sn)层变成铜锌(Cu-Zn)层。Zn的熔点为419.5℃，Sn的熔点为231.89℃，Zn的晶体结构为六方晶系，Sn的晶体结构为四方晶系。含Sn量为10％左右的铜锡(Cu-Sn)合金抗拉强度σb约为220MPa，延伸率δ约为10％。含Zn量为30％的铜锌(Cu-Zn)合金抗拉强度σb约为320MPa，延伸率δ约为55％。合金的耐磨性能与合金硬度有关，而硬度又与合金的抗拉强度σb成正比；同时，六方晶系金属的磨损率随滑动速度增大而减少。由此可见，铜锌(Cu-Zn)合金镀层的耐磨性比铜锡(Cu-Sn)合金镀层耐磨性要好。本专利技术新的铜锌(Cu-Zn)镀层与超级马氏体不锈钢相结合，直接在超级马氏体不锈钢基体电镀铜锌(Cu-Zn)合金镀层，一方面，由于超级马氏体不锈钢具有自钝化特性，铜锌(Cu-Zn)合金镀层与超级马氏体不锈钢基体贴紧性不足，即镀层与基体金属间的附着力不足，在贴紧性降低时，铜锌(Cu-Zn)合金镀层就不能起到抗粘扣的作用，在这种情况下，通过预先在超级马氏体不锈钢基体上电镀一层镍作为基底，以提高目的镀层的附着力。这样组成了两层结构镀层，即与基体结合的镀镍层和与镀镍层结合铜锌(Cu-Zn)合金目的层；另一方面，超级马氏体不锈钢接头在上卸扣过程中由于摩擦产生热，使马氏体组织产生回火而硬度降低，这样在重载工况下金属基体对镀层的支承能力下降而造成表面镀层被压碎的可能，这就要求镀镍层有一定的厚度。随着镀镍层厚度的增加，工作过程中存在界面变形协调的问题，因此，对镀镍层的厚度和合金目的层的厚度都有一个优选范围。铜锌(Cu-Zn)合金的强度、硬度比铜锡(Cu-Sn)合金的强度、硬度要高，因此，在同样的工况条件下，其耐磨损性能要好些。材料的磨损性能只取决于材料的表面特性，与材料的内部组织无关，超级马氏体不锈钢接头表面电镀铜锌(Cu-Zn)合金层与基体间结合属于物理结合，它本身不改变基体的化学成分和组织结构。接头在上卸扣过程中摩擦副只是公母螺纹表面，那么母螺纹表面已经是电镀层了，基体的作用只是起到一个支承作用。对于超级马氏体不锈钢材质油套管产品，镀铜锌(Cu-Zn)合金层重复上卸扣性能更稳定。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术所述超级马氏体不锈钢的成分为：C≤0.04％，Mn≤1.50％，Si≤0.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr11.5％～14.5％，Mo1.5～3.0％，Ni4.5～6.5％，其余为Fe和不可避免杂质。实施例1本专利技术所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层的制备方法，包括如下步骤：1)制备镍层电镀液的组成：NiCl2200g/L、NiSO4260g/L、HCl180g/L；制备工艺：镀液温度室温，阴极电流密度5～8A/dm2，时间3min，阳极镍棒；镍层厚度1μm；2)制备铜锌合金镀层电镀液的组成：氰化亚铜40g/L，氰化锌13g/L，游离氰化钠12g/L，碳酸钠40g/L，氯化铵5g/L；制备工艺：镀液温度35～38℃，镀液pH11.5～11.7，阴极电流密度0.5～1.5A/dm2，时间50min，阳极铜锌比70：30；铜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层，其特征在于，其为两层结构，包括与基体相接触的镍层，与该镍层紧密接触的铜锌合金层。
【技术特征摘要】
1.一种超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层，其特征在于，其为两层结构，包括与基体相接触的镍层，与该镍层紧密接触的铜锌合金层。2.如权利要求1所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层，其特征在于，所述镍层的厚度为1～1.5μm，铜锌合金层的厚度为10～18μm。3.如权利要求1或2所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层，其特征在于，所述镍层的成分为：镍100％；铜锌合金层成分重量比为：锌27％～30％，余量为铜。4.如权利要求1～3任何一项所述的所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层的制备方法，其特征是，采用电沉积方法，包括制备镍层、制备铜锌合金镀层。5.如权利要求4所述的所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层的制备方法，其特征是，所述制备镍层过程中阳极为镍棒；所述制备铜锌合金镀层过程中阳极为铜锌棒。6.如权利要求4所述的所述的超级马氏体不锈钢表面防粘扣镀层的制备方法，其特征是，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王琍，张春霞，张忠铧，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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