RU2754541C1 - Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom - Google Patents

Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom Download PDF

Info

Publication number
RU2754541C1
RU2754541C1 RU2020130577A RU2020130577A RU2754541C1 RU 2754541 C1 RU2754541 C1 RU 2754541C1 RU 2020130577 A RU2020130577 A RU 2020130577A RU 2020130577 A RU2020130577 A RU 2020130577A RU 2754541 C1 RU2754541 C1 RU 2754541C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
aluminum
nickel
copper
aluminium
Prior art date
Application number
RU2020130577A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Христьянович Манн
Александр Юрьевич Крохин
Роман Олегович Вахромов
Александр Юрьевич Градобоев
Дмитрий Константинович Рябов
Дмитрий Олегович Иванов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий"
Priority to RU2020130577A priority Critical patent/RU2754541C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2754541C1 publication Critical patent/RU2754541C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/06Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to head-hardened alloys based on the aluminium-magnesium-silicon system, intended for application in structural elements of the petroleum and gas industry, in particular, for manufacturing drill pipes and cylindrical hollow ingots. The deformable aluminium-based alloy comprises, wt.%: magnesium 1.45 to 1.85, copper 0.5 to 1.0, silicon 0.7 to 1.2, zinc 0.25 to 0.8, manganese 0.1 to 0.5, chromium 0.1 to 0.3, iron 0.1 to 0.3, nickel 0.25-0.6, no less than one element from the group containing: titanium 0.02 to 0.12, boron 0.001 to 0.02, carbon 0.001 to 0.01, aluminium and impurities the rest, wherein the Ni/Fe content ratio is no less than 1.
EFFECT: development of a deformable aluminium alloy with high corrosion resistance, exhibiting high strength at temperatures up to 150°C, yield strength of no lower than 330 MPa, and relatively high strength at room temperature, yield strength of no lower than 370 MPa.
5 cl, 1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термически упрочняемым сплавам на основе системы алюминий-магний-кремний, предназначенным для применения в элементах конструкций различного назначения в нефтегазовой отрасли. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to heat-hardening alloys based on the aluminum-magnesium-silicon system, intended for use in structural elements for various purposes in the oil and gas industry.

Уровень техникиState of the art

При современных условиях и технологиях бурения значимую роль играет общая масса буровой колонны, при увеличении массы и размеров которой возрастают силы трения и рабочие усилия, а, следовательно, усложняется ее напряженно-деформированное состояние. С учетом низкого веса и высокой коррозионной стойкости алюминиевых материалов, наиболее перспективным направлением является замена стали на алюминиевые сплавы в конструкции бурильных труб. С учетом рабочих температур бурильных колонн (до 150°С), связанных с глубиной бурения, и использования при разработке месторождений бурильных растворов с показателем рН от 4 до 10, алюминиевый сплав должен обеспечивать достаточный уровень прочности при этих температурах и быть коррозионностойким в среде указанных растворов.Under modern conditions and drilling technologies, a significant role is played by the total mass of the drill string, with an increase in its mass and dimensions, the frictional forces and working forces increase, and, consequently, its stress-strain state becomes more complicated. Taking into account the low weight and high corrosion resistance of aluminum materials, the most promising direction is the replacement of steel with aluminum alloys in the construction of drill pipes. Taking into account the operating temperatures of the drill strings (up to 150 ° C) associated with the depth of drilling, and the use of drilling fluids with a pH of 4 to 10 in field development, the aluminum alloy must provide a sufficient level of strength at these temperatures and be corrosion-resistant in the environment of these solutions. ...

Известен деформируемый алюминиевый сплав Д16 (система Al-Cu-Mg), широко применяемый для изготовления бурильных труб (ГОСТ 4784-2019 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»), содержащий магний, медь, кремний, железо, хром, марганец, цинк, титан, при следующем соотношении компонентов (масс. %):Known wrought aluminum alloy D16 (Al-Cu-Mg system), widely used for the manufacture of drill pipes (GOST 4784-2019 "Aluminum and wrought aluminum alloys. Grades"), containing magnesium, copper, silicon, iron, chromium, manganese, zinc , titanium, with the following ratio of components (wt%):

МагнийMagnesium 1,2-1,81.2-1.8 МедьCopper 3,8-4,93.8-4.9 ЖелезоIron 0,50.5 КремнийSilicon 0,50.5 ХромChromium 0,10.1 МарганецManganese 0,3-0,90.3-0.9 ЦинкZinc 0,250.25 ТитанTitanium 0,150.15 АлюминийAluminum Остальное.Rest.

Сплав обладает прочностью при комнатной температуре 420 МПа, пластичностью 10% (ГОСТ 18482-79 Трубы, прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов.The alloy has strength at room temperature 420 MPa, ductility 10% (GOST 18482-79 Pipes extruded from aluminum and aluminum alloys.

Технические условия), а также имеет рабочую температуру до 160°С, что позволяет использовать трубы из этого сплава при сверхглубоком бурении. Однако, из-за высокого содержания меди (до 4,9 мас. %) данный сплав имеет низкий показатель общей коррозии, а также расслаивающей (и межкристаллитной (МКК) коррозии. В связи с чем, срок эксплуатации таких труб является ограниченным.Specifications), and also has an operating temperature of up to 160 ° C, which makes it possible to use pipes made of this alloy for ultra-deep drilling. However, due to the high copper content (up to 4.9 wt%), this alloy has a low rate of general corrosion, as well as exfoliation (and intergranular (ICC) corrosion. Therefore, the service life of such pipes is limited.

Известен деформированный алюминиевый сплав марки 1953, использующийся для изготовления бурильных труб (ГОСТ 4784-2019 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»), содержащий магний, цинк, медь, марганец, хром, и титан в следующем соотношении, масс. %:Known deformed aluminum alloy brand 1953, used for the manufacture of drill pipes (GOST 4784-2019 "Aluminum and wrought aluminum alloys. Grades"), containing magnesium, zinc, copper, manganese, chromium, and titanium in the following ratio, wt. %:

МагнийMagnesium 2,4-3,02.4-3.0 ЦинкZinc 5,6-6,25.6-6.2 МедьCopper 0,4-0,80.4-0.8 ХромChromium 0,15-0,250.15-0.25 МарганецManganese 0,1-0,30.1-0.3 ТитанTitanium 0,02-0,100.02-0.10 АлюминийAluminum Остальное.Rest.

Сплав обладает высоким показателем прочности при комнатной температуре (530 МПа) и имеет хорошую коррозионную стойкость. Основным недостатком указанного сплава является низкая рабочая температура (до 120°С). Повышение температуры эксплуатации выше 120°С приводит к значительному снижению прочностных свойств, что не позволяет его использовать при бурении сверхглубоких скважин. Кроме того, сплав обладает относительно низким уровнем относительного удлинения 7%, что при эксплуатации бурильных труб является недостаточным и может привести к разрушению их во время бурения.The alloy has a high strength index at room temperature (530 MPa) and has good corrosion resistance. The main disadvantage of this alloy is its low operating temperature (up to 120 ° C). An increase in the operating temperature above 120 ° C leads to a significant decrease in the strength properties, which does not allow it to be used when drilling superdeep wells. In addition, the alloy has a relatively low level of relative elongation of 7%, which is insufficient during the operation of drill pipes and can lead to their destruction during drilling.

Известен алюминиевый сплав для производства бурильных труб, относящийся к сплавам системы Al-Mg-Si (патент РФ №2385359, С22С 21/18, опубл. 27.03.2010 г.), содержащий следующее соотношение компонентов, масс. %:Known aluminum alloy for the production of drill pipes, related to the alloys of the Al-Mg-Si system (RF patent No. 2385359, C22C 21/18, publ. 03/27/2010), containing the following ratio of components, wt. %:

МагнийMagnesium 0,9-1,30.9-1.3 МедьCopper 0,8-1,70.8-1.7 КремнийSilicon 0,7-1,10.7-1.1 МарганецManganese 0,2-0,60.2-0.6 ЦинкZinc 0,4-0,80.4-0.8 ТитанTitanium 0,01-0,030.01-0.03 ХромChromium 0,18-0,30.18-0.3 МолибденMolybdenum 0,0007-0,0120.0007-0.012 КальцийCalcium 0,05-0,150.05-0.15 БериллийBeryllium 0,00005-0,000150.00005-0.00015 АлюминийAluminum Остальное.Rest.

Сплав обладает высоким пределом прочности при температуре 150°С (440 МПа) за счет образования мелкодисперсных фаз, стойких к коагуляции при высоких температурах. Основным недостатком данного сплава является высокое содержание меди, что приводит к снижению коррозионной стойкости (сплав имеет 5 балл расслаивающей коррозии).The alloy has a high ultimate strength at a temperature of 150 ° C (440 MPa) due to the formation of finely dispersed phases that are resistant to coagulation at high temperatures. The main disadvantage of this alloy is the high copper content, which leads to a decrease in corrosion resistance (the alloy has a score of 5 exfoliating corrosion).

Известен деформируемый сплав на основе алюминия (патент РФ №2215055, С22С 21/08, опубл. 27.10.2003 г.), относящийся к сплавам системы Al-Mg-Si. Сплав обладает высокими механическими свойствами, удовлетворительной коррозионной стойкостью и подходит для использования в качестве конструкционного материала в транспортном машиностроении, в том числе и для бурильных труб. Предлагаемый сплав на основе алюминия содержит, масс. %:Known wrought aluminum-based alloy (RF patent No. 2215055, C22C 21/08, publ. 27.10.2003), related to alloys of the Al-Mg-Si system. The alloy has high mechanical properties, satisfactory corrosion resistance and is suitable for use as a structural material in transport engineering, including for drill pipes. The proposed aluminum-based alloy contains, wt. %:

МагнийMagnesium 0,7-1,40.7-1.4 ЦинкZinc 0,01-0,80.01-0.8 КремнийSilicon 0,6-1,20.6-1.2 НикельNickel 0,005-0,50.005-0.5 МедьCopper 0,6-1,40.6-1.4

по меньшей мере, один элемент из группы, масс. %:at least one element from the group, mass. %:

СкандийScandium 0,005-0,40.005-0.4 ЦерийCerium 0,005-0,20.005-0.2

и, по меньшей мере, один элемент из группы, масс. %:and at least one element from the group, mass. %:

ХромChromium 0,01-0,30.01-0.3 МарганецManganese 0,01-0,50.01-0.5 ТитанTitanium 0,01-0,30.01-0.3 ЦирконийZirconium 0,005-0,20.005-0.2 АлюминийAluminum Остальное.Rest.

Основным недостатком данного алюминиевого сплава является наличие большого количества переходных и редкоземельных элементов, таких как скандий, никель, церий, медь, хром, цирконий и высокая суммарная их концентрация, что приводит к существенному удорожанию сплава, а также снижению его технологичности и пластичности. Низкая технологичность приведет к возникновению трудностей при производстве полуфабрикатов из данного сплава, а недостаточная пластичность может привести к разрушению бурильной трубы в процессе эксплуатации.The main disadvantage of this aluminum alloy is the presence of a large number of transition and rare earth elements, such as scandium, nickel, cerium, copper, chromium, zirconium and their high total concentration, which leads to a significant increase in the cost of the alloy, as well as a decrease in its manufacturability and plasticity. Low manufacturability will lead to difficulties in the production of semi-finished products from this alloy, and insufficient plasticity can lead to the destruction of the drill pipe during operation.

Наиболее близким, принятым за прототип, по технической сущности к заявляемому изобретению является деформируемый сплав на основе алюминия (патент ЕР 3214191, С22С 21/02; C22F 1/05, опубл. 06.09.2017 г.), предназначенный для производства прессованных полуфабрикатов. Сплав содержит следующее соотношение компонентов, масс. %:The closest, taken as a prototype, in technical essence to the claimed invention is a wrought alloy based on aluminum (patent EP 3214191, C22C 21/02; C22F 1/05, publ. 09/06/2017), intended for the production of pressed semifinished products. The alloy contains the following ratio of components, wt. %:

МагнийMagnesium 0,85-1,10.85-1.1 МедьCopper не более 0,75no more than 0.75 КремнийSilicon 1,3-1,71.3-1.7 МарганецManganese 0,7-0,80.7-0.8 ТитанTitanium не более 0,1no more than 0.1 ХромChromium 0,15-0,250.15-0.25 ЖелезоIron 0,14-0,250.14-0.25 ЦинкZinc не более 0,2no more than 0.2 ЦирконийZirconium 0,15-0,250.15-0.25 АлюминийAluminum Остальное.Rest.

Сплав обладает высокими пределом прочности МПа и пределом текучести. Однако, сплав обладает низкой коррозионной стойкостью (МКК достигает 200 мкм), к которой приводит в том числе высокое содержание кремния. Кроме этого, заявленное количество меди в сочетании с другими элементами в сплаве может быть недостаточным для достижения требуемого уровня прочности полуфабрикатов при высоких температурах.The alloy has high tensile strength MPa and yield strength. However, the alloy has a low corrosion resistance (MCC reaches 200 microns), which is also caused by a high silicon content. In addition, the declared amount of copper in combination with other elements in the alloy may be insufficient to achieve the required level of strength of semi-finished products at high temperatures.

Раскрытие изобретения Задачей данного изобретения является разработка нового технологичного деформируемого алюминиевого сплава с высокой коррозионной стойкостью, обладающего высокой прочностью при температуре до 150°С (предел текучести не ниже 330 МПа) и высокой прочностью при комнатной температуре (предел текучести не ниже 370 МПа).Disclosure of the invention The objective of this invention is to develop a new technological wrought aluminum alloy with high corrosion resistance, which has high strength at temperatures up to 150 ° C (yield point not lower than 330 MPa) and high strength at room temperature (yield point not lower than 370 MPa).

Техническим результатом заявленного изобретения является создание алюминиевого сплава с достижением указанных выше характеристик.The technical result of the claimed invention is the creation of an aluminum alloy with the achievement of the above characteristics.

Технический результат достигается за счет того, что в предложенном деформируемом сплаве на основе алюминия, содержащем магний, цинк, кремний, медь, марганец, хром, железо, новым является то, что в составе содержится никель и по меньшей мере, один элемент из группы: титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved due to the fact that in the proposed wrought aluminum-based alloy containing magnesium, zinc, silicon, copper, manganese, chromium, iron, it is new that the composition contains nickel and at least one element from the group: titanium, boron, carbon, with the following ratio of components, wt. %:

МагнийMagnesium 1,45-1,851.45-1.85 МедьCopper 0,5-1,00.5-1.0 КремнийSilicon 0,7-1,20.7-1.2 ЦинкZinc 0,25-0,80.25-0.8 МарганецManganese 0,1-0,50.1-0.5 ХромChromium 0,1-0,30.1-0.3 ЖелезоIron 0,1-0,30.1-0.3 НикельNickel 0,25-0,60.25-0.6

по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей:at least one element from a group containing:

ТитанTitanium 0,02-0,120.02-0.12 БорBoron 0,001-0,020.001-0.02 УглеродCarbon 0,001-0,010.001-0.01

Алюминий и примеси остальное, при этом должно выполняться следующее условие по содержанию элементов в сплаве: Ni/Fe не менее 1.Aluminum and other impurities, while the following condition for the content of elements in the alloy must be met: Ni / Fe not less than 1.

Предложенное изобретение относится также к изделию из вышеуказанного деформируемого сплава на основе алюминия.The proposed invention also relates to an article made of the aforementioned wrought aluminum-based alloy.

Изобретение дополняют частные случаи исполнения. Так, никель находится в виде фаз эвтектического происхождения размером не более 15 мкм.The invention is supplemented by particular cases of execution. So, nickel is in the form of phases of eutectic origin, no more than 15 microns in size.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Основной фазой-упрочнителем в рассматриваемой системе Al-Mg-Si является β'-Mg2Si. В предлагаемом изобретении содержание Mg и Si контролируется в пределах 1,45-1,85 и 0,7-1,2 мас. %, соответственно. При данном соотношении компонентов в сплаве обеспечивается максимальное выделение фаз β'-Mg2Si после закалки и старения, обеспечивающее необходимый уровень прочностных свойств при комнатной температуре. При концентрациях компонентов ниже указанных пределов не обеспечивается необходимая плотность выделений фазы β'-Mg2Si, что снизит прочность сплава, а превышение - приведет к падению технологичности материала.The main phase-hardener in the considered Al-Mg-Si system is β'-Mg 2 Si. In the proposed invention, the content of Mg and Si is controlled in the range of 1.45-1.85 and 0.7-1.2 wt. %, respectively. At this ratio of components in the alloy, the maximum precipitation of β'-Mg 2 Si phases after quenching and aging is provided, which provides the required level of strength properties at room temperature. At component concentrations below the specified limits, the required density of precipitates of the β'-Mg 2 Si phase is not ensured, which will reduce the strength of the alloy, and exceeding will lead to a drop in the processability of the material.

Содержание Cu при концентрации 0,5-1,0 мас. % обеспечивает дополнительный прирост прочности при комнатной и высоких температурах, за счет вторичных выделений фаз с медью, например, Q'-AlMgSiCu. Также в указанной концентрации медь обеспечивает твердорастворное упрочнение. Однако, содержание Си не должно быть выше 1,0 мас. %, иначе коррозионная стойкость материала будет существенно снижена.Cu content at a concentration of 0.5-1.0 wt. % provides an additional increase in strength at room and high temperatures, due to secondary precipitation of phases with copper, for example, Q'-AlMgSiCu. Also at the indicated concentration, copper provides solid solution hardening. However, the Cu content should not be higher than 1.0 wt. %, otherwise the corrosion resistance of the material will be significantly reduced.

Наличие в сплаве Mn на уровне 0,1-0,5 мас. % способствует образованию фазы α-AlFeSiMn вместо фаз β-AlFeSi и Al3Fe, что повышает коррозионную стойкость материала и технологичность материала. Кроме того, добавка марганца обеспечивает дополнительный прирост прочности без снижения коррозионной стойкости и пластичности за счет выделения дисперсоидов Al6Mn во время технологических нагревов.The presence of Mn in the alloy at the level of 0.1-0.5 wt. % promotes the formation of the α-AlFeSiMn phase instead of the β-AlFeSi and Al 3 Fe phases, which increases the corrosion resistance of the material and the manufacturability of the material. In addition, the addition of manganese provides an additional increase in strength without reducing corrosion resistance and ductility due to the precipitation of Al 6 Mn dispersoids during technological heating.

Содержание Fe 0,1-0,3 мас. % совместно с марганцем, хромом, медью и никелем повышает прочность при комнатной и повышенных температурах за счет выделения интерметаллидов, например, α-AlFeSiMn, (Fe, Mn)Al6, AlFeSi (Mn, Cr), Al9FeNi и других, а также повышает литейные свойства за счет образования эвтектики. Вместе с тем, добавка железа оказывает негативное влияние на коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, а избыток фаз с железом может приводить к ухудшению технологичности материала, в связи с чем, его содержание необходимо ограничивать. Введение железа в концентрации менее 0,1 мас. % не позволяет обеспечить требуемое повышение уровня прочности, в том числе при повышенных температурах.Fe content 0.1-0.3 wt. % together with manganese, chromium, copper and nickel increases strength at room and elevated temperatures due to the release of intermetallics, for example, α-AlFeSiMn, (Fe, Mn) Al 6 , AlFeSi (Mn, Cr), Al 9 FeNi and others, and also improves casting properties through the formation of eutectic. At the same time, the addition of iron has a negative effect on the corrosion resistance of aluminum alloys, and an excess of phases with iron can lead to a deterioration in the processability of the material, therefore, its content must be limited. The introduction of iron at a concentration of less than 0.1 wt. % does not allow to provide the required increase in the level of strength, including at elevated temperatures.

Zn в количестве 0,25-0,8 мас. % обеспечивает твердорастворное упрочнение сплава без снижения пластичности и коррозионной стойкости. Кроме того, верхний предел легирования выбран с учетом уровня предельной растворимости элемента в алюминии для предотвращения образования диффузионно подвижных фаз.Zn in the amount of 0.25-0.8 wt. % provides solid solution hardening of the alloy without reducing ductility and corrosion resistance. In addition, the upper limit of alloying is selected taking into account the level of the limiting solubility of the element in aluminum to prevent the formation of diffusion mobile phases.

Присутствие Cr в количестве 0,1-0,3 мас. %. обеспечивает модифицирование зерна при литье, а также получение нерекристаллизованной структуры после деформации и последующей термической обработки за счет образования вторичных выделений Al7Cr размером менее 200 нм, что способствует получению высоких прочностных свойств при комнатной и повышенных температурах. При превышении этого предела при кристаллизации появляется тенденция к образованию грубых хрупких интерметаллидов, что может приводить к снижению коррозионной стойкости, технологичности сплава и появлению горячих трещин.The presence of Cr in an amount of 0.1-0.3 wt. %. provides grain modification during casting, as well as obtaining a non-recrystallized structure after deformation and subsequent heat treatment due to the formation of secondary precipitates of Al 7 Cr less than 200 nm in size, which contributes to obtaining high strength properties at room and elevated temperatures. When this limit is exceeded during crystallization, there is a tendency to the formation of coarse brittle intermetallic compounds, which can lead to a decrease in corrosion resistance, manufacturability of the alloy, and the appearance of hot cracks.

Содержание Ni в количестве 0,25-0,6 мас. % обеспечивает необходимый уровень прочности при повышенных температурах за счет образования термически стабильных компактных интерметаллидов Al3Ni и Al9FeNi размером не более 15 мкм. Также никель обеспечивает повышение литейных свойств за счет образование эвтектики с никелем. Кроме этого, никель способствует устранению в структуре грубых выделений железистой фазы, особенно при содержании, превышающем содержание железа в сплаве, тем самым повышая технологичность. Превышение концентрации никеля 0,6 мас. % может привести к появлению первичных грубых выделений Al3Ni, которые будут способствовать образованию дефектов при литье и снижению технологичности при деформации. Добавка менее 0,25 мас. % не обеспечит образование необходимой плотности выделившихся фаз эвтектического происхождения типа Al3Ni и типа Al9FeNi.Ni content in the amount of 0.25-0.6 wt. % provides the required level of strength at elevated temperatures due to the formation of thermally stable compact intermetallic compounds Al 3 Ni and Al 9 FeNi with a size of no more than 15 microns. Nickel also provides an increase in casting properties due to the formation of a eutectic with nickel. In addition, nickel contributes to the elimination of coarse precipitates of the iron phase in the structure, especially when the content exceeds the iron content in the alloy, thereby increasing manufacturability. Exceeding the nickel concentration of 0.6 wt. % can lead to the appearance of primary coarse precipitates of Al 3 Ni, which will contribute to the formation of defects during casting and a decrease in workability during deformation. Additive less than 0.25 wt. % will not ensure the formation of the required density of the precipitated phases of eutectic origin, such as Al 3 Ni and Al 9 FeNi.

Добавка хотя бы одного элемента из группы Ti, В и С обеспечивает получение мелкого зерна, что снижает вероятность появления горячих трещин при литье и повышает технологичность сплава во время деформации.The addition of at least one element from the group Ti, B, and C provides a fine grain, which reduces the likelihood of hot cracks during casting and increases the workability of the alloy during deformation.

Обязательным условием достижения технического результата является выполнение соотношения: Ni/Fe не менее 1, что обеспечивает оптимальное сочетание механических свойств при повышенной температуре без существенного снижения коррозионной стойкости и технологичности. При соотношении элементов меньше 1 не обеспечивается необходимая плотность выделений эвтектических фаз, содержащих никель, что снижает прочность при повышенной температуре.A prerequisite for achieving the technical result is the fulfillment of the ratio: Ni / Fe not less than 1, which provides an optimal combination of mechanical properties at elevated temperatures without a significant decrease in corrosion resistance and manufacturability. When the ratio of elements is less than 1, the required density of precipitates of eutectic phases containing nickel is not provided, which reduces the strength at elevated temperatures.

Цирконий не используется в сплаве, так как он ослабляет модифицирующее действие титана и бора, что вызывает необходимость введения титана и бора в больших количествах.Zirconium is not used in the alloy, since it weakens the modifying effect of titanium and boron, which necessitates the introduction of titanium and boron in large quantities.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 представлена типичная структура материала с изображением фазы типа Mg2Si и (Al, Fe, Ni) эвтектического происхождения.Brief Description of the Drawings FIG. 1 shows a typical structure of a material depicting a phase of the type Mg 2 Si and (Al, Fe, Ni) of eutectic origin.

Примеры осуществления изобретенияExamples of implementation of the invention

Пример 1Example 1

Методом полунепрерывного литья были изготовлены цилиндрические полые слитки с наружным диаметром 275 мм и внутренним диаметром 90 мм. Химический состав предлагаемых сплавов приведен в таблице 1.Cylindrical hollow ingots with an outer diameter of 275 mm and an inner diameter of 90 mm were produced by the method of semi-continuous casting. The chemical composition of the proposed alloys is shown in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Слитки гомогенизировали при температуре 530-540°С и выдержкой, при которой степень трансформации железистых фаз и размер зерна были оптимальными. Уменьшение температуры гомогенизации требует более длительных выдержек в печи для получения оптимального результата, что экономически нецелесообразно, а повышение температуры выше верхней границы указанного интервала температур может привести к пережогу (неисправимому браку).The ingots were homogenized at a temperature of 530-540 ° C and holding at which the degree of transformation of the ferrous phases and the grain size were optimal. A decrease in the homogenization temperature requires longer exposures in the oven to obtain an optimal result, which is economically inexpedient, and an increase in temperature above the upper limit of the specified temperature range can lead to overburning (irreparable rejects).

Далее на горизонтальном прессе с применением иглы слитки прессовали в трубы с наружным диаметром 100 мм и толщиной стенки 10 мм. После чего трубы подвергали термической обработке по режиму Т6. Закалку осуществляли при температуре, при которой происходило максимальное обогащение твердого раствора. После выдержки трубы охлаждали в воду с последующим искусственным старением при температуре 165-175°С. Термообработанные трубы по режиму Т6 исследовали в электронном сканирующем микроскопе Tescan Mira 3 LM, испытывали на растяжение при температуре 20°С по ГОСТ 10006-80 и при 150°С по ГОСТ 19040-81 с определением основных механических свойств, кроме того, определяли коррозионную стойкость труб на межкристаллитную (МКК) коррозию по ГОСТ 9.021 (раствор №2). Результаты испытаний приведены в таблице 2.Then, on a horizontal press using a needle, the ingots were pressed into pipes with an outer diameter of 100 mm and a wall thickness of 10 mm. Then the pipes were subjected to heat treatment according to the T6 regime. Quenching was carried out at a temperature at which the maximum enrichment of the solid solution occurred. After holding, the pipes were cooled in water, followed by artificial aging at a temperature of 165-175 ° C. Heat-treated pipes according to the T6 mode were examined in a Tescan Mira 3 LM scanning electron microscope, tensile tests at a temperature of 20 ° C in accordance with GOST 10006-80 and at 150 ° C in accordance with GOST 19040-81 with the determination of the main mechanical properties, in addition, the corrosion resistance was determined pipes for intergranular (MCC) corrosion in accordance with GOST 9.021 (solution No. 2). The test results are shown in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Из анализа таблицы 2 следует, что сплав №1, не удовлетворяющий условию содержания железа и никеля, из-за появления грубых первичных выделений железистых фаз, не содержащих никель, показал низкие механические свойства при комнатной и повышенной температурах. Кроме этого, коррозионная стойкость сплава также оказалась снижена. Механические свойства, а также коррозионная стойкость остальных рассматриваемых сплавов, удовлетворяющих всем условиям формулы, соответствует техническому результату. По сравнению с прототипом механическими свойствами при комнатной температуре сплавы №2-5 оказались немного ниже. Однако, при повышенной температуре рассматриваемые сплавы превосходят прототип более чем на 5%. Высокое значение прочности при повышенной температуре достигается оптимальным соотношением Ni и Fe, обеспечивающих образование в структуре достаточного количества упрочняющих фаз эвтектического происхождения, содержащие никель, несклонных к коагуляции при данных условиях. При этом размер фаз эвтектического происхождения, содержащих никель, не превышает 15 мкм. Одновременно с этим, небольшое содержание Cu обеспечивает дополнительное твердорастворное упрочнение, не оказывая существенного влияния на коррозионную стойкость. В соответствии с полученными результатами (см. таблицу 2) наблюдалось снижение склонности к межкристаллитной коррозии рассматриваемых сплавов по отношению к прототипу в 2 раза. Таким образом, наличие высоких механических свойств при комнатной и повышенной температурах, а также наличие высокой коррозионной стойкости позволяют рассматривать данный сплав для производства изделий для нефтегазовой отрасли, в частности для производства бурильных труб.From the analysis of table 2, it follows that alloy No. 1, which does not satisfy the condition of the content of iron and nickel, due to the appearance of coarse primary precipitates of ferrous phases that do not contain nickel, showed low mechanical properties at room and elevated temperatures. In addition, the corrosion resistance of the alloy was also reduced. The mechanical properties, as well as the corrosion resistance of the rest of the considered alloys, satisfying all the conditions of the formula, correspond to the technical result. Compared to the prototype, the mechanical properties at room temperature of alloys No. 2-5 were slightly lower. However, at elevated temperatures, the alloys under consideration exceed the prototype by more than 5%. A high value of strength at elevated temperatures is achieved by the optimal ratio of Ni and Fe, which ensures the formation in the structure of a sufficient number of strengthening phases of eutectic origin, containing nickel, which are not prone to coagulation under these conditions. In this case, the size of the phases of eutectic origin, containing nickel, does not exceed 15 μm. At the same time, the low Cu content provides additional solid solution hardening without significantly affecting the corrosion resistance. In accordance with the results obtained (see table 2), there was a decrease in the tendency to intergranular corrosion of the considered alloys in relation to the prototype by a factor of 2. Thus, the presence of high mechanical properties at room and elevated temperatures, as well as the presence of high corrosion resistance, make it possible to consider this alloy for the production of products for the oil and gas industry, in particular for the production of drill pipes.

Claims (9)

1. Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, цинк, кремний, медь, марганец, хром, железо, отличающиеся тем, что сплав содержит никель и по меньшей мере, один элемент из группы: титан, бор, углерод, в следующем соотношении компонентов, мас. %:1. Wrought aluminum-based alloy containing magnesium, zinc, silicon, copper, manganese, chromium, iron, characterized in that the alloy contains nickel and at least one element from the group: titanium, boron, carbon, in the following ratio of components , wt. %: МагнийMagnesium 1,45-1,851.45-1.85 МедьCopper 0,5-1,00.5-1.0 КремнийSilicon 0,7-1,20.7-1.2 ЦинкZinc 0,25-0,80.25-0.8 МарганецManganese 0,1-0,50.1-0.5 ХромChromium 0,1-0,30.1-0.3 ЖелезоIron 0,1-0,30.1-0.3 НикельNickel 0,25-0,60.25-0.6
по меньшей мере один элемент из группы, содержащей:at least one element from a group containing: ТитанTitanium 0,02-0,120.02-0.12 БорBoron 0,001-0,020.001-0.02 УглеродCarbon 0,001-0,010.001-0.01 Алюминий и примесиAluminum and impurities Остальное,Rest,
при этом должно выполняться условие содержания элементов в сплаве Ni/Fe не менее 1.in this case, the condition for the content of elements in the Ni / Fe alloy must be at least 1. 2. Деформируемый сплав на основе алюминия по п. 1, отличающийся тем, что никель присутствует в нем в виде фаз эвтектического происхождения размером не более 15 мкм.2. A wrought aluminum-based alloy according to claim 1, characterized in that nickel is present in it in the form of phases of eutectic origin with a size of not more than 15 microns. 3. Изделие для нефтегазовой отрасли из деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.3. A product for the oil and gas industry from a wrought aluminum-based alloy, characterized in that it is made of an alloy according to claim 1. 4. Изделие по п. 3, отличающееся тем, что оно выполнено в виде бурильной трубы.4. A product according to claim 3, characterized in that it is made in the form of a drill pipe. 5. Изделие по п. 3, отличающееся тем, что оно выполнено в виде цилиндрического полого слитка.5. Product according to claim 3, characterized in that it is made in the form of a cylindrical hollow ingot.
RU2020130577A 2020-09-16 2020-09-16 Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom RU2754541C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130577A RU2754541C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130577A RU2754541C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754541C1 true RU2754541C1 (en) 2021-09-03

Family

ID=77670016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130577A RU2754541C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754541C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4740250A (en) * 1984-12-27 1988-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Aluminium base-alloy for head drum of video cassette recorders
RU2215055C2 (en) * 2001-12-17 2003-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Aluminum-based alloy and product therefrom
RU2221891C1 (en) * 2002-04-23 2004-01-20 Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности Aluminum-based alloy, article made from such alloy and method of manufacture of such article
RU2572977C2 (en) * 2010-06-04 2016-01-20 Снекма Fibrous structure forming flange and counter-flange
EP3214191A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-06 Impol 2000, d. d. A high-strength al-mg-si aluminium alloy and its manufacturing process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4740250A (en) * 1984-12-27 1988-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Aluminium base-alloy for head drum of video cassette recorders
RU2215055C2 (en) * 2001-12-17 2003-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Aluminum-based alloy and product therefrom
RU2221891C1 (en) * 2002-04-23 2004-01-20 Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности Aluminum-based alloy, article made from such alloy and method of manufacture of such article
RU2572977C2 (en) * 2010-06-04 2016-01-20 Снекма Fibrous structure forming flange and counter-flange
EP3214191A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-06 Impol 2000, d. d. A high-strength al-mg-si aluminium alloy and its manufacturing process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7718118B2 (en) Creep resistant magnesium alloy with improved ductility and fracture toughness for gravity casting applications
US20150247229A1 (en) High strength, high stress corrosion cracking resistant and castable al-zn-mg-cu-zr alloy for shape cast products
JP5723192B2 (en) Aluminum alloy forging and method for producing the same
JP4187018B2 (en) Cast aluminum alloy with excellent relaxation resistance and heat treatment method
RU2673593C1 (en) High-strength aluminium-based alloy
EP1802782A1 (en) High hardness aluminium moulding plate and method for producing said plate
JP4498180B2 (en) Al-Zn-Mg-Cu-based aluminum alloy containing Zr and method for producing the same
JP2019151918A (en) Al-Mg-Si-BASED ALUMINUM ALLOY HOLLOW EXTRUSION MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
KR20230054260A (en) High-strength aluminum alloy composite board capable of being brazed as well as preparation method and application thereof
JP2004292937A (en) Aluminum alloy forging material for transport carrier structural material, and production method therefor
RU2313594C1 (en) Aluminum-based alloy
JPS60121249A (en) Stress corrosion resistant aluminum base alloy
RU2754541C1 (en) Deformable aluminium-based alloy and product made therefrom
KR102589669B1 (en) Method of manufacturing scroll members and scroll forgings
JP4228166B2 (en) Seamless copper alloy tube with excellent fatigue strength
JP4088546B2 (en) Manufacturing method of aluminum alloy forging with excellent high temperature characteristics
JPH07197165A (en) High wear resistant free cutting aluminum alloy and its production
RU2749073C1 (en) Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options)
RU2385358C1 (en) Cast alloy on aluminium base
JP2012201923A (en) Aluminum extruded shape and extrusion molding method thereof
RU2699422C1 (en) Deformed aluminum-calcium alloy
JP7131332B2 (en) Austenitic heat-resistant alloys and parts of austenitic heat-resistant alloys
KR100323300B1 (en) Alluminium cast alloy having no ag for high strength and low cost and manufacturing method thereof
JP7126915B2 (en) Aluminum alloy extruded material and its manufacturing method
CN111118358A (en) Er-containing castable wrought Al-Cu alloy