CN112157370B

CN112157370B - 油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末及其方法

Info

Publication number: CN112157370B
Application number: CN202010888517.4A
Authority: CN
Inventors: 程颢; 薛建强; 郑刚; 王林平; 王曼; 覃川; 晏耿成; 冯建设
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2040-08-28
Also published as: CN112157370A

Abstract

本发明公开了一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末及其方法，镍基合金粉末中各元素的成分比例为：C 1.8～3.2％；Ti 0.4～0.8％；Al 0.7～1.0％；Cr 17.8～21.6％；S 0.4～0.8％；Si 7.5～11.0％；Ni为余量。采用先进修复技术使其在废旧进排液阀密封面形成高性能涂层，使其得到重新利用，降低成本，同时提高进排液阀密封面强度以及耐腐蚀性，满足油田注水系统耐腐蚀的需要。涉及一种运用氩弧焊技术提升油田注水泵进排液阀表面抗撞击、耐腐蚀性能的镍基合金粉末的设计。

Description

油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末及其方法

技术领域

本发明涉及油田机械设备部件工作面再制造技术领域，具体涉及一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末及其方法。

背景技术

长庆油田注水泵中的进排液阀为易损件，其工作过程中密封面与阀片形成密封，在每个冲程中通过打开、关闭的方式来改变液流通道，使得液流源源不断进入注水泵完成输送。其基底材料为2Cr13不锈钢，具有一定的硬度及耐磨性，但长庆油田注入水中的细菌、硫化物、固体颗粒含量较高，且注水泵一般工作压力在15MPa—20MPa之间，组合阀在此环境下，与阀片频繁碰撞造成密封面出现坑槽、腐蚀点等，进而形成漏失，密封性能下降，影响正常注水量，不能满足油田工况要求，但目前油田暂无有效的修复手段，一般进行直接更换，但此举成本高，劳动强度大。

在现有常规金属粉末中，有铁基、钴基等，钴基合金粉末的硬度及耐腐蚀性不能满足油田注水泵的生产需要，国产铁基合金粉末也不能满足生产需求，而进口铁基硬度及耐腐蚀均较高，但是成本高。而镍基合金以镍元素为主，有较强的耐磨性，也可添加其他耐磨、耐腐蚀元素提高整体的综合性能，在氩弧焊技术的处理下，镍基合金粉末与2Cr13不锈钢也可以形成较好的结合度，同时成本较为合理，性价比高，因此需要根据长庆油田实际工况，优选配方，形成新型镍基合金粉末，达到高耐磨、高耐腐蚀性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末及其方法，采用先进修复技术使其在废旧进排液阀密封面形成高性能涂层，使其得到重新利用，降低成本，同时提高进排液阀密封面强度以及耐腐蚀性，满足油田注水系统耐腐蚀的需要。涉及一种运用氩弧焊技术提升油田注水泵进排液阀表面抗撞击、耐腐蚀性能的镍基合金粉末的设计。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，包括以下质量百分比的元素：

作为本发明的进一步改进，包括以下质量百分比的元素：

作为本发明的进一步改进，包括以下质量百分比的元素：

作为本发明的进一步改进，包括以下质量百分比的元素：

作为本发明的进一步改进，包括以下质量百分比的元素：

一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

将元素按比例加入混合机中，在工作温度为60℃-70℃，混合转速为600-800转/min的条件下,混合10～20min。

优选地，以所述镍基合金粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到52～56HRC。

优选地，以所述镍基合金粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层耐腐蚀时间为100～106小时，

优选地，所述进排液阀基材为2Cr13不锈钢。

与现有技术相比，本发明的优良效果：

本发明新型镍基合金金属粉末以镍元素为主体，加入C、Ti等元素，使粉末强度大大增加，同时很据长庆油田水质的腐蚀性，加入Cr、Si等元素，使得粉末同时具有很强的耐腐蚀性。制备工艺简单，过程操作相对简单；成本相对较低，综合性价比高；该粉末制成的合金涂层具有较高的耐磨、耐腐蚀和抗冲刷性能，可以满足油田注水系统中失效进排液阀的修复要求和生产需要；该粉末通过氩弧焊技术，可以在柱塞表面形成较高性能涂层，且与进排液阀基材(2Cr13不锈钢)有较高的结合强度，避免涂层脱落，增强了柱塞表面综合性能。本发明根据长庆油田实际水质及工况研制能修复受损进排液阀且有效提高密封面抗撞击、耐腐蚀性能的镍基合金粉末，该粉末制备的涂层具有高硬度与强耐腐蚀性，能有效提高升阀的使用寿命，以达到重新利用、降本增效的目的。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，其成分及比例如下：

1、该粉末由C、Ti、Al、Cr、S、Si、Ni七种元素组成；

2、各元素的成分比例为：C 1.8～3.2％；Ti 0.4～0.8％；Al 0.7～1.0％；Cr 17.8～21.6％；S 0.4～0.8％；Si 7.5～11.0％；Ni为余量。

3、合金粉末使用金属粉末混合机制成，工作温度为60℃-70℃，混合转速为600-800转/min,混合时间为10～20min。

本发明所述的新型铁基合金粉末的作用：

1、Ni元素约占总成分的61.6％-70.9％左右，是该粉末的高硬度的主要元素；

2、Ti元素的加入，增强了该粉末的强度、耐腐蚀性；

3、Cr元素提高了合金粉末与进排液阀基材(2Cr13不锈钢)的融合性；

4、Al元素提高了合金的可塑性，最重要的是提高了焊接的可操作性与可靠性；

5、Si元素可以提高粉末的硬度，并显著降低钢的脆性,提高与Al元素的融合性；

6、该粉末与激光熔覆表面处理技术结合，可使柱塞表面硬度达到53HRC以上，耐腐蚀性在室内盐雾腐蚀试验环境条件下96小时无腐蚀现象。

下面结合具体实施例对本发明做详细描述。

实施例1：

向金属粉末混合机中加入C1.2g(2％)、Ti 0.25g(0.417％)、Al 0.6g(1％)、Cr10.8g(18％)、S 0.3g(0.5％)、Si 6.5g(10.8％)、Ni 40.35g(67.2％)，温度设定为65℃，混合转速600转/min,混合时间15min得到60g灰色新型镍基合金粉末。以该粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到54HRC，超出原进排液阀密封面硬度(45HRC)；室内盐雾腐蚀试验环境条件下进排液阀原密封面涂层与新密封面涂层出现腐蚀现象时间分别为75h和100小时，耐腐蚀性有了很大提高，符合设计要求。

实施例2：

向金属粉末混合机中加入C1.6g(2.67％)、Ti 0.3g(0.5％)、Al 0.5g(0.83％)、Cr11.4g(19％)、S 0.4g(0.67％)、Si 4.5g(7.5％)、Ni 41.3g(68.8％)，温度设定为65℃，混合转速600转/min,混合时间15min得到60g灰色新型镍基合金粉末。以该粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到56HRC，超出原进排液阀密封面硬度(45HRC)；室内盐雾腐蚀试验环境条件下进排液阀原密封面涂层与新密封面涂层出现腐蚀现象时间分别为75h和102小时，耐腐蚀性有了很大提高，符合设计要求。

实施例3：

向金属粉末混合机中加入C1.4g(2.3％)、Ti 0.27g(0.45％)、Al 0.6g(1％)、Cr10.7g(17.8％)、S 0.38g(0.63％)、Si 6.5g(10.5％)、Ni 40.15g(66.9％)，温度设定为65℃，混合转速600转/min,混合时间15min得到60g灰色新型镍基合金粉末。以该粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到52HRC，超出原进排液阀密封面硬度(45HRC)；室内盐雾腐蚀试验环境条件下进排液阀原密封面涂层与新密封面涂层出现腐蚀现象时间分别为75h和106小时，耐腐蚀性有了很大提高，符合设计要求。

实施例4：

向金属粉末混合机中加入C(1.8％)、Ti(0.4％)、Al(0.7％)、Cr(17.8％)、S(0.4％)、Si(8.7％)、Ni(70.9％)，温度设定为70℃，混合转速700转/min,混合时间10min得到60g灰色新型镍基合金粉末。以该粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到56HRC，超出原进排液阀密封面硬度(46HRC)；室内盐雾腐蚀试验环境条件下进排液阀原密封面涂层与新密封面涂层出现腐蚀现象时间分别为75h和105小时，耐腐蚀性有了很大提高，符合设计要求。

实施例5：

向金属粉末混合机中加入C(3.2％)、Ti(0.8％)、Al(1.0％)、Cr(21.6％)、S(0.8％)、Si(11％)、Ni(61.6％)，温度设定为60℃，混合转速800转/min,混合时间20min得到60g灰色新型镍基合金粉末。以该粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到53HRC，超出原进排液阀密封面硬度(45HRC)；室内盐雾腐蚀试验环境条件下进排液阀原密封面涂层与新密封面涂层出现腐蚀现象时间分别为75h和104小时，耐腐蚀性有了很大提高，符合设计要求。

在对油田失效进排液阀进行修复，提高密封面强度及耐腐蚀性方面，本发明研发的新型镍基合金粉末更具优势，因为本发明是针对油田注水泵进排液阀，在其基材2Cr13不锈钢的基础上，根据油田水质优选合金粉末配方，以Ni为主元素，保证基本的硬度值，再添加Ti、Cr、Si等元素，提高粉末的耐磨性及耐腐蚀性，能够满足油田注水泵生产需要，同时相对性能更好的铁基等合金粉末，具有价格低的优势，在保证进排液阀修复质量的前提下，能有效的提高进排液阀密封面的耐冲蚀性和使用寿命，降低使用成本，达到节材节约成本的目的。

发明特点：

本发明新型镍基合金金属粉末以镍元素为主体，加入C、Ti等元素，使粉末强度大大增加，同时很据长庆油田水质的腐蚀性，加入Cr、Si等元素，使得粉末同时具有很强的耐腐蚀性。

本发明具有以下优点：

1、制备工艺简单，过程操作相对简单；

2、成本相对较低，综合性价比高；

3、该粉末制成的合金涂层具有较高的耐磨、耐腐蚀和抗冲刷性能，可以满足油田注水系统中失效进排液阀的修复要求和生产需要；

4、该粉末通过氩弧焊技术，可以在柱塞表面形成较高性能涂层，且与进排液阀基材(2Cr13不锈钢)有较高的结合强度，避免涂层脱落，增强了柱塞表面综合性能。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims

1.一种油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，该镍基合金粉末用于通过氩弧焊在柱塞表面形成涂层，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：

2.根据权利要求1所述的油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：

3.根据权利要求2所述的油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：

4.根据权利要求2所述的油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：

5.根据权利要求2所述的油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：

6.权利要求1至5任一项所述的油田注水泵进排液阀密封面再制造用镍基合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以所述镍基合金粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层硬度达到52～56HRC。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以所述镍基合金粉末为表面材料，对进排液阀密封面进行修复，得到的表面涂层耐腐蚀时间为100～106小时。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述进排液阀基材为2Cr13不锈钢。