CN109022963A - 一种提高7000系高强铝合金石油钻探管材料热强性的方法 - Google Patents

一种提高7000系高强铝合金石油钻探管材料热强性的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高7000系高强铝合金石油钻探管材料热强性的方法，是在铸造Al‑Zn‑Mg‑Cu合金中同时添加微合金化强化元素和热强性元素Ag，铸件经热塑性变形后进行四级时效处理。本发明采用同时添加多元微合金化元素并控制其含量，获得高的弥散相含量及小角度晶界，高含量弥散相量克服了晶粒细化导致晶界在高温变形时易滑动的缺陷，合金不仅室温强度及耐腐蚀性能好，耐高温性能也大幅提升；另外，控制合金中Zn含量并添加微量Ag，结合热塑性变形及四级时效处理工艺，既避免粗大第二相出现，又形成更多含Ag的高热强性GP区强化粒子，获得弥散析出的晶内强化组织，进一步提高合金的热强性。本发明既保持合金良好的抗应力腐蚀性能，又大幅度提高合金的热强性和高温热暴露性能。120℃/500小时热暴露后强度损失仅3‑7％；制备的材料特别适于石油钻探管应用。

Description

一种提高7000系高强铝合金石油钻探管材料热强性的方法
技术领域
本发明公开了一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，具体涉及一种降低7000系高强铝合金热暴露后强度损失的多元微合金化和热处理方法。属于铝合金技术领域。
背景技术
随着石油工业的发展，目前石油天然气的开采深度越来越大，8000-10000米以上的深井、超深井和高腐蚀性井(主要是H2S和CO2)的数量越来越多，钻探负荷越来越大，对石油钻探管的轻量化提出了紧迫的需求。与钢质钻探管相比，铝合金钻探管具有重量轻、比强度高、弹性模量小和抗疲劳性能好等优点。且铝合金具有天然的耐H2S和CO2腐蚀特征。相应地，随钻探深度的增加，要求铝合金具有更高的室温力学性能和良好的耐热性以满足深井及超深井开采的需求。
与2000系铝合金相比，7000系铝合金具有更高的强度，但是存在热强性差的缺点，无法满足较高温度下的石油开采任务。且目前7000系铝合金的研究主要集中于提高其室温力学性能和耐腐蚀性能方面，如公开号为CN103614597A、CN102888575A、CN103409710A和CN101818315A的专利。在合金成分方面，增加Zn的含量有利于提升室温抗拉强度；添加Mn会降低合金的塑性；Zr和Cr元素均可以提高铝合金的腐蚀抗力。而从热处理工艺方面来讲，T6态可以提高合金的力学性能，T7X态可以改善合金的抗腐蚀性能，而RRA时效态可获得良好的综合性能。
目前，针对7000系铝合金耐热性能的技术有公开号为CN104561700A的专利。其方法是通过在7000系铝合金中加入少量Fe、Ni元素，以便形成Al9FeNi耐热强化相。但是该方法提高耐高温性能的效果不理想，在120℃下热暴露500小时后的抗拉强度只有434MPa，强度损失超过32％。该技术无法解决7000系铝合金的热强性和钻探作业安全性问题，而且还会因Fe、Ni的加入而降低合金的耐腐蚀性能。因此，为满足深井、超深井钻探作业的要求，开发一种新的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性和耐腐蚀性能的技术显得十分必要和紧迫。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法。
本发明通过在Al-Zn-Mg-Cu合金基体中添加多元微合金化元素后协同进行四级时效处理工艺，改善Al-Zn-Mg-Cu铝合金的微观组织，可以提高合金的高温力学性能、有效降低合金在150℃以内温度热暴露过程中的强度损失。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，是在石油钻探管材料用Al-Zn-Mg-Cu合金基体中添加多元微合金化元素Mn、Cr、Zr、Ti，微合金化强化元素Mn、Cr、Zr、Ti占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分比为0.6-1.9％；合金铸件经过热塑性变形后进行固溶淬火处理+四级时效处理。
发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，微合金化强化元素中，Mn、Cr、Zr、Ti占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分含量分别为：Mn：0.35-0.95％，Cr：0.12-0.35％,Zr：0.08-0.2％，Ti：0.08％-0.35％。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，Al-Zn-Mg-Cu合金基体中还含有热强性元素Ag，所述热强性元素Ag占Al-Zn-Mg-Cu合金的质量百分比大于等于0.05％。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，所述热强性元素Ag占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分比为0.05-0.4％；优选0.22-0.4％，更优选为0.25-0.4％，再优选为0.28-0.4％或0.3-0.4％。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，所述Al-Zn-Mg-Cu合金基体包括下述组分，按质量百分比组成：
Zn：6.0-7.0％，Mg：1.8-2.8％，Cu：1.4-2.0％；余量为Al。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，合金铸件经过两级均匀化处理后进行热塑性变形，热塑性变形选自热挤压、热轧、热锻中的一种方式；热塑性变形的总变形量为85-95％；道次变形量为15-40％。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，两级均匀化处理工艺为：铸件经410-430℃/18-36h+465℃/48-72h均匀化处理。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铸件经两级均匀化处理后，加热至420-440℃保温2-4小时，按挤压比10-13进行挤压。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，热塑性变形后固溶处理工艺参数为：465-480℃/0.5-5.0h。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，所述四级时效处理工艺参数为：
将经固溶、淬火处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金加热至90-100℃进行预时效，保温18-24h后继续升温至168-185℃进行回归时效，保温1-5h，出炉水冷至室温；随后，于25±5℃自然时效20-34h，最后，加热至70-90℃进行再时效，保温28-48h后出炉空冷。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，所述四级时效处理工序依次连续进行，每一工序之间间隔时间小于等于240分钟。
本发明提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，
处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金室温力学性能为：
抗拉强度：690-705MPa，屈服强度：650-665MPa，延伸率：8.3-11.2％；
处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金高温力学性能为：
120℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在658-678MPa，屈服强度保持在602-637MPa；
150℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在491-512MPa，屈服强度保持在413-449MPa；
180℃/10h热暴露后的抗拉强度强度保持在556-567MPa，屈服强度保持在494-504MPa。
所述Al-Zn-Mg-Cu合金成分中，Fe、Si等杂质含量均严格控制小于等于0.3％。
上述合金熔铸成圆锭后，经两级均匀化处理，车皮后，进行挤压热塑性变形处理。
发明原理及优势
如何提高7000系铝合金的耐高温性能是本领域亟需解决的一个技术问题！有报道，通过在Al-Zn-Mg-Cu合金基体中添加微量合金元素生成的弥散化合物，可以细化铝合金的晶粒和形成大量小角度晶界，从而提高合金强度和耐腐蚀性能。根据金属高温变形理论，弥散相可以细化晶粒并形成大量晶界，但细小的晶粒将促进高温变形时的晶界滑动，从而降低合金的高温力学性能。发明人采用同时添加Mn、Ti、Cr、Zr进行复合微合金化的技术措施，并控制微合金化元素占铝合金基体质量百分含量为0.6-1.9％，获得了更高的弥散相含量及小角度晶界，不仅提高了合金的强度及耐腐蚀性能，更意外提高了合金的耐高温性能。这表明，利用复合微合金化技术形成高含量的、高热稳定的多元弥散相粒子，完全能够克服其细化晶粒带来的促进高温变形时的晶界滑动，而降低对高温力学性能的不利影响。该效应颠覆了本领域长期以来所认为的，通过添加弥散相细化晶粒和形成小角度晶界只会有利于合金室温强度和耐腐蚀性能，而不利于合金高温性能的传统认识。如附图2、3、4中的实施例2由于具有较高的弥散相含量，并且较实施例1具有更多的小角度晶界，实施例2的合金获得更好的高温热暴露性能。据此，发明人认为：较高含量的弥撒相与小角度晶界的结合，是可以有效改善合金的高温热稳定性的。同时，发明人的研究还表明，在Zn含量＞7.0％的7000系合金中，添加微量Ag会形成无法溶解的第二相组织，也会降低合金中主要合金元素(Zn、Mg、Cu)的溶解度，降低合金时效后的力学性能。基于此，在同时兼顾合金成本的基础上，本发明选择多种廉价的弥散相形成元素Mn、Ti、Cr、Zr同时添加进行复合微合金化，并采用较高的成分上限，以获得更多的弥散相及小角度晶界。利用这些弥散相一方面细化铝合金的晶粒和提高耐腐蚀性能，另一方面，提供铝合金的高温强度。另外，通过控制铝合金中Zn含量≤7.0％并添加微量Ag，结合本发明的热加工工艺，特别是四级时效处理工艺，有效形成更多含有微量Ag元素的高热强性的GP区强化粒子。而这时的GP区粒子依然具有优异的室温综合强韧化作用，从而使得合金不仅具有良好的室温强韧性，也同时具有优异的热强性和高温热暴露性能。本发明克服了现有技术采用添加少量Fe、Ni元素提高合金耐高温性能存在效果不理想的缺陷；如现有专利CN104561700A采用添加少量Fe、Ni元素，以形成Al9FeNi耐热相、提高合金耐高温性能，但其120℃/500小时热暴露条件下强度损失≥32％，强度损失太大，无法适用于石油钻探；第三个方面，为避免合金中形成破坏性能的难溶相，并考虑到合金对耐腐蚀性能的需求，以获得高综合性能的高强铝合金，对主要合金元素Zn采取限制措施，将Zn含量控制在6.0-7.0％的范围内。
综上所述，本发明一方面通过添加较廉价的多种弥散相形成元素，生成更多的多元弥散相和小角度晶界，以稳定组织和性能，提高合金的组织热稳定性；另一方面通过控制合金中Zn的含量≤7.0％并添加微量Ag元素，配合四级时效处理工艺，获得更多的含Ag的高热强性的GP区强化粒子，有效提高了合金的热强性；第三个方面，基于Ag的存在对Zn含量的限制作用，通过限制Zn含量，控制Zn≤7.0，避免破坏性能的难溶相形成，以及避免合金元素溶解度的下降和性能下降。通过以上三个方面的成分设计技术和工艺组合创新，本发明在保持良好的抗应力腐蚀性能前提下，大幅度提高了7000系铝合金的热强性和高温热暴露性能，120℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在658-678MPa，屈服强度保持在602-637MPa；120℃/500小时热暴露后强度损失仅3-7％；150℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在491-512MPa，屈服强度保持在413-449MPa；180℃/10h热暴露后的抗拉强度强度保持在556-567MPa，屈服强度保持在494-504MPa；达到了目前7000系铝合金中最高的耐高温性能水平，且兼具优异的抗应力腐蚀性能，在承受510Mpa的拉应力载荷下，于饱和的H2S和CO2的水溶液中保持一个月，无应力腐蚀倾向。制备的材料特别适用于石油钻探管应用。
附图说明
附图1(a)为实施例1的试件在510Mpa的拉应力下及饱和的H2S和CO2的水溶液中保持720h的照片。
附图1(b)为实施例2的试件在510Mpa的拉应力下及饱和的H2S和CO2的水溶液中保持720h的照片。
附图2是实施例1的EBSD组织照片。
附图3是实施例2的EBSD组织照片。
附图4是实施例1和实施例2的晶界角度分布测试结果。
附图5是实施例2的原始组织。
附图6是实施例1的原始组织。
附图7是实施例2在120℃/500h热暴露组织。
附图8是实施例1在120℃/500h热暴露组织。
附图9是实施例2在150℃/500h热暴露组织。
附图10是实施例1在150℃/500h热暴露组织。
附图11是实施例10固溶态SEM组织。
附图12是对比例1固溶态SEM组织。
附图中：
比较附图1(a)、1(b)，附图1(a)实施例1的试件在510Mpa的拉应力下及饱和的H2S和CO2的水溶液中保持720h后，无应力腐蚀倾向，但是表面有明显的腐蚀。附图1(b)实施例2的试件在510Mpa的拉应力下及饱和的H2S和CO2的水溶液中保持720后，无应力腐蚀倾向，不仅没有应力腐蚀倾向，而且表面也没有明显的腐蚀现象，耐腐蚀性能优于实施例1。
比较附图2、3，附图2中实施例1的EBSD组织照片显示，实施例1组织有较多的大角度晶界。这是因为实施例1中含有较少的弥散相形成元素(Mn、Zr、Ti、Cr较少)。而附图3实施例2的EBSD组织照片显示，实施例2的组织中有较多的小角度晶界，大角度晶界较少。这是因为合金中添加了较多的弥散相形成元素(Mn、Zr、Ti、Cr较多)。
从附图4实施例1和实施例2的晶界角度分布测试结果可以看出：实施例1的大角度晶界较多，实施例1的大角度晶界较少。这进一步证实了附图2、附图3的结果。
比较附图5、6；附图5中实施例2的原始组织相对附图6中实施例1的组织更加弥散；而实施例1的原始组织弥散度较低。
比较附图7、8，附图7中添加微量Ag的实施例2的试件在120℃/500h热暴露组织相对于附图8中未添加微量Ag的实施例1的组织弥散度高。未加Ag的实施例1在120℃/500h热暴露组织粗化明显。
比较附图9、10，附图9中添加微量Ag的实施例2在150℃/500h热暴露组织相对于附图10中未加Ag的对比实施例1的组织弥散度高。而附图10中未加Ag的实施例1在150℃/500h热暴露组织粗化严重。
比较附图11、12，附图11中显示高Zn条件下，未加Ag的合金固溶态基体上未溶相比添加微量Ag的合金基体明显减少。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例1—实施例10和对比例制备的试件的室温及高温热暴露拉伸性能测试结果见表1。
实施例1(低Zn、无Ag、多元微合金化)
铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.25％Zn，2.18％Mg，1.6％Cu，0.3％Mn，0.10％Cr，0.05％Zr，0.05％Ti，余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行470℃/1h固溶处理，在100℃预时效24h，接着在168℃回归4h，自然时效24h，最后在80℃再时效34h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为650MPa，屈服强度为621MPa，延伸率为11.2％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为629MPa，屈服强度为590MPa，延伸率为9.8％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为450MPa，屈服强度为379MPa，延伸率为13.4％。
在180℃经10h热暴露后，抗拉强度为512MPa，屈服强度为447MPa，延伸率为13.1％。热暴露性能明显低于各项实施例。
实施例2
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.05％Zn，2.80％Mg，2.0％Cu，0.45％Mn，0.15％Cr，0.15％Zr，0.10％Ti，0.05％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行465℃/3h固溶处理，然后在90℃/24h第一级时效，接着在168℃/4h进行第二级时效，在25±5℃/20h进行第三级时效，最后在70℃再时效34h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为693MPa，屈服强度为653MPa，延伸率为8.9％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为675MPa，屈服强度为634MPa，延伸率为10.4％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为502MPa，屈服强度为424MPa，延伸率为15.70％。
在180℃经10h热暴露后，抗拉强度为567MPa，屈服强度为504MPa，延伸率为14.5％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例3
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法；铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.25％Zn，2.40％Mg，1.92％Cu，0.35％Mn，0.18％Cr，0.10％Zr，0.08％Ti，0.10％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行470℃/2h固溶处理，然后在95℃/22h第一级时效，接着在170℃/3h进行第二级时效+25±5℃/24h第三级时效，最后在80℃再时效30h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为705MPa，屈服强度为665MPa，延伸率为8.9％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为678MPa，屈服强度为637MPa，延伸率为10.2％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为494MPa，屈服强度为415MPa，延伸率为15.70％。
在180℃经10h热暴露后，抗拉强度为556MPa，屈服强度为494MPa，延伸率为14.0％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例4
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法；铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.50％Zn，2.25％Mg，1.61％Cu，0.60％Mn，0.21％Cr，0.18％Zr，0.12％Ti，0.15％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行475℃/1h固溶处理，然后在100℃预时效18h，接着在185℃第二次1h，在25±5℃自然时效28h，最后在85℃再时效38h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为690MPa，屈服强度为650MPa，延伸率为8.3％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为674MPa，屈服强度为633MPa，延伸率为10.9％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为492MPa，屈服强度为413MPa，延伸率为15.40％。
在180℃经10h热暴露后，抗拉强度为563MPa，屈服强度为499MPa，延伸率为15.6％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例5
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.76％Zn，1.85％Mg，1.70％Cu，0.75％Mn，0.26％Cr，0.14％Zr，0.22％Ti，0.20％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行480℃/0.5h固溶处理，然后在100℃预时效20h，接着在168℃第二次3h，在25±5℃自然时效30h，最后在95℃再时效28h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为698MPa，屈服强度为659MPa，延伸率为8.3％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为671MPa，屈服强度为631MPa，延伸率为10.0％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为491MPa，屈服强度为414MPa，延伸率为16.50％。
在180℃经10h热暴露后，抗拉强度为563MPa，屈服强度为499MPa，延伸率为15.6％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例6
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.96％Zn，1.99％Mg，1.41％Cu，0.95％Mn，0.35％Cr，0.08％Zr，0.32％Ti，0.30％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行475℃/1.5h固溶处理，然后在98℃预时效19h，接着在168℃第二次时效5h，在25±5℃自然时效34h，最后在85℃再时效42h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为697MPa，屈服强度为657MPa，延伸率为10.5％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为659MPa，屈服强度为604MPa，延伸率为11.9％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为508MPa，屈服强度为446MPa，延伸率为14.3％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例7
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.65％Zn，2.59％Mg，1.55％Cu，0.83％Mn，0.29％Cr，0.19％Zr，0.35％Ti，0.25％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行478℃/5h固溶处理，然后在95℃预时效21h，接着在185℃第二次时效2h，在25±5℃自然时效26h，最后在75℃再时效48h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为699MPa，屈服强度为661MPa，延伸率为10.1％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为660MPa，屈服强度为607MPa，延伸率为12.1％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为504MPa，屈服强度为443MPa，延伸率为14.3％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例8
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.35％Zn，2.11％Mg，1.80％Cu，0.52％Mn，0.12％Cr，0.12％Zr，0.25％Ti，0.36％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行468℃/4.5h固溶处理，然后在93℃预时效23h，接着在175℃第二次时效3h，在25±5℃自然时效34h，最后在72℃再时效33h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为696MPa，屈服强度为654MPa，延伸率为10.2％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为659MPa，屈服强度为604MPa，延伸率为11.6％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为512MPa，屈服强度为449MPa，延伸率为14.2％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例9
本发明一种提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，铝合金化学成分为(重量百分数计)：6.85％Zn，1.80％Mg，1.76％Cu，0.68％Mn，0.33％Cr，0.17％Zr，0.18％Ti，0.40％Ag余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行479℃/2.5h固溶处理，然后在96℃预时效18h，接着在185℃第二次时效2h，在25±5℃自然时效27h，最后87℃再时效44h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为696MPa，屈服强度为655MPa，延伸率为11.2％。
在120℃经500h热暴露后，抗拉强度为658MPa，屈服强度为602MPa，延伸率为12.0％。
在150℃经500h热暴露后，抗拉强度为510MPa，屈服强度为446MPa，延伸率为13.2％。
承受510Mpa的拉应力，在饱和的H2S和CO2的水溶液中浸泡720h，无应力腐蚀倾向。
实施例10(高Zn、无Ag、多元微合金化)
铝合金化学成分为(重量百分数计)：9.90％Zn，2.50％Mg，1.72％Cu，0.3％Mn，0.10％Cr，0.13％Zr，0.05％Ti，余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行470℃/1h固溶处理，在100℃预时效24h，接着在168℃回归4h，自然时效24h，最后在80℃再时效34h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为795MPa，屈服强度为767MPa，延伸率为9.2％。
对比例1(高Zn+Ag)
铝合金化学成分为(重量百分数计)：9.0％Zn，2.03％Mg，2.38％Cu，0.3％Mn，0.10％Cr，0.15％Zr，0.05％Ti，0.33Ag，余量为Al。
合金熔铸成圆锭后，经420℃/24h+465℃/72h两级均匀化处理，车皮后，加热至420-440℃保温1-2小时，挤压成棒材，挤压比为10-13。挤压后进行470℃/1h固溶处理，在100℃预时效24h，接着在168℃回归4h，自然时效24h，最后在80℃再时效34h。
经过上述方法得到的铝合金室温力学性能：
抗拉强度为601MPa，屈服强度为521MPa，延伸率为7.5％。
表1
表1中显示：本发明实施例的室温拉伸性能、120℃/500h和150℃/500h、180℃/10h热暴露后的拉伸性能均高于对比例的指标。
从以上实施例与对比例的性能指标比较可知，本发明的优势在于：
本发明所开发的7000系铝合金材料的室温拉伸力学性能可以达到：抗拉强度650-705MPa，屈服强度621-665MPa，延伸率8.3-11.2％。
本发明所开发的7000系铝合金材料的120℃/500h热暴露后的抗拉强度保持在629-678MPa，屈服强度保持在590-637MPa。
150℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在450-512MPa，屈服强度保持在379-449Mpa。
180℃/10h热暴露后的抗拉强度强度保持在512-567MPa，屈服强度保持在447-504MPa。
本发明所开发的添加微量Ag的合金材料在较高的温度(150-180℃)下热暴露后的性能优势更加明显。
另外，本发明所开发的耐高温7000系铝合金材料还具有良好的耐腐蚀性能，在承受510MPa的拉应力载荷下，于饱和的H2S和CO2的水溶液中保持一个月，无应力腐蚀倾向。

Claims (10)

1.提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，是在石油钻探管材料用Al-Zn-Mg-Cu合金基体中添加多元微合金化元素Mn、Cr、Zr、Ti，微合金化强化元素Mn、Cr、Zr、Ti占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分比为0.6-1.9％；合金铸件经过热塑性变形后进行固溶淬火处理+四级时效处理。
2.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：微合金化强化元素中，Mn、Cr、Zr、Ti占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分含量分别为：Mn：0.35-0.95％，Cr：0.12-0.35％,Zr：0.08-0.2％，Ti：0.08％-0.35％。
3.根据权利要求2所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：Al-Zn-Mg-Cu合金基体中还含有热强性元素Ag，所述热强性元素Ag占Al-Zn-Mg-Cu合金的质量百分比大于等于0.05％。
4.根据权利要求3所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：所述热强性元素Ag占Al-Zn-Mg-Cu合金基体的质量百分比为0.05-0.4％；优选0.22-0.4％，更优选为0.25-0.4％，再优选为0.28-0.4％或0.3-0.4％。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：所述Al-Zn-Mg-Cu合金基体包括下述组分，按质量百分比组成：
Zn：6.0-7.0％，Mg：1.8-2.8％，Cu：1.4-2.0％；余量为Al。
6.根据权利要求5所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：合金铸件经过两级均匀化处理后进行热塑性变形，热塑性变形选自热挤压、热轧、热锻中的一种方式；热塑性变形的总变形量为85-95％；道次变形量为15-40％。
7.根据权利要求6所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：两级均匀化处理工艺为：铸件经410-430℃/18-36h+465℃/48-72h均匀化处理；铸件经两级均匀化处理后，加热至420-440℃保温2-4小时，按挤压比10-13进行挤压。
8.根据权利要求7所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：热塑性变形后固溶处理工艺参数为：465-480℃/0.5-5.0h。
9.根据权利要求8所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：所述四级时效处理工艺参数为：
将经固溶、淬火处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金加热至90-100℃进行预时效，保温18-24h后继续升温至168-185℃进行回归时效，保温1-5h，出炉水冷至室温；随后，于25±5℃自然时效20-34h，最后，加热至70-90℃进行再时效，保温28-48h后出炉空冷。
10.根据权利要求9所述的提高7000系铝合金石油钻探管材料热强性的方法，其特征在于：
处理后Al-Zn-Mg-Cu合金的室温力学性能为：
抗拉强度：690-705MPa，屈服强度：650-665MPa，延伸率：8.3-11.2％；
处理后Al-Zn-Mg-Cu合金的高温力学性能为：
120℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在658-678MPa，屈服强度保持在602-637MPa；
150℃/500h热暴露后的抗拉强度强度保持在491-512MPa，屈服强度保持在413-449MPa；
180℃/10h热暴露后的抗拉强度强度保持在556-567MPa，屈服强度保持在494-504MPa。
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