ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО
DEFORMED ALLOY ON BASE OF ALUMINIUM AND ITEM OUT OF THIS ALLOY

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, в том числе для бурильных труб.
Существует деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый для изготовления бурильных труб, следующего химического состава (мас.%):
Медь
3,8-4,9
Магний
1,2-1,8
Марганец
0,3-0,9
Алюминий
Остальное
(Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. / Алиева С.Г. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984, с.87).
Однако существующий сплав имеет низкую коррозионную стойкость и низкую технологичность при прессовании.
Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый для изготовления бурильных труб, в том числе предназначенных для морского бурения, следующего химического состава (мас.%):
Магний
2,4-3,0
Медь
0,4-0,8
Марганец
0,1-0,3
Цинк
5,6-6,2
Титан
0,02-0,1
Хром
0,15-0,25
Алюминий
Остальное
(ОСТ 1 92014-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»).
Недостатком известного сплава является низкая прочность при повышенных температурах, что ограничивает глубину бурения, а также недостаточно высокая технологичность при прессовании.
Наиболее близким по техническим характеристикам, применяемым для изготовления бурильных труб и принятым за прототип является деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, железо, никель, кремний, марганец, титан, цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний
1,4-1,8
Медь
1,9-2,5
Железо
0,8-1,3
Никель
0,8-1,3
Кремний
0,5-1,2
Марганец
0,20
Титан
0,10
Цинк
0,30
Алюминий
Остальное
(ОСТ 192014-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки»).
Недостатком известного сплава на основе алюминия, принятого в качестве прототипа, является его пониженная коррозионная стойкость, которая соответствует 2-му баллу относительно общей коррозионной стойкости, склонности к расслаивающей коррозии и коррозионному растрескиванию.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение деформируемого сплава на основе алюминия, обладающего высокой коррозионной стойкостью, высокой прочностью и улучшенной технологичностью.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:
- повышение прочности сплава при повышенных температурах,
- улучшение технологичности сплава за счет повышения механических характеристик;
- повышение производительности изготовления прессованных полуфабрикатов за счет снижения скорости прессования;
- снижение веса получаемых изделий.
Применение этого сплава в качестве материала для бурильных труб позволит производить бурение в глубинных слоях земной коры, имеющих повышенную температуру, и соответственно повысить глубину бурения.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагается деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, медь, марганец, цинк, титан, хром, который дополнительно содержит молибден, кальций и бериллий при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Магний
0,9-1,3
Кремний
0,7-1,1
Медь
0,8-1,7
Марганец
0,2-0,6
Цинк
0,4-0,8
Титан
0,01-0,03
Хром
0,18-0,3
Молибден
0,0007-0,012
Кальций
0,05-0,15
Бериллий
0,00005-0,00015
Алюминий
Остальное
При указанном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве в процессе искусственного старения после закалки происходит выделение вторичных мелкодисперсных частиц, содержащих в своем составе алюминий, медь, магний, марганец, цинк, титан и другие легирующие элементы, входящие в состав сплава, обладающих высокой жаропрочностью и повышающих прочность сплава при повышенных температурах. При этом, в связи с небольшим суммарным содержанием легирующих элементов в сплаве, коррозионная стойкость сплава остается высокой, а также улучшается технологичность сплава при прессовании за счет снижения потребных усилий, что позволяет изготавливать изделия сложной конфигурации, в том числе с внутренними полостями.
Из предлагаемого деформируемого сплава могут быть изготовлены трубы, используемые для бурения нефтяных и газовых скважин большой глубины, в том числе для морского бурения.
В предлагаемом изделии, выполненном из сплава на основе алюминия, используемом для изготовления прессованых полуфабрикатов, технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 0,9-1,3; кремний 0,7-1,1; медь 0,8-1,7; марганец 0,2-0,6; цинк 0,4-0,8; титан 0,01-0,03; хром 0,18-0,3; молибден 0,0007-0,012; кальций 0,05-0,15; бериллий 0,00005-0,00015; алюминий остальное.
Пример
Предлагаемый сплав получали из шихты, состоящей из алюминия А85, магния МГ95, цинка ЦО, меди M1, кальция технической чистоты и двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-титан, алюминий-хром, алюминий-кремний, алюминий-молибден, алюминий-бериллий. Сплав готовили в плавильно-литейном агрегате, состоящем из газовой печи и электрического вакуумного миксера, и методом полунепрерывного литья отливали круглые полые слитки с наружным диаметром 270 мм и внутренним диаметром 105 мм. Химический состав сплава приведен в Таблице 1.
Слитки гомогенизировали, резали на заготовки, механически обрабатывали, после чего прессовали на горизонтальном прессе при 420°С на трубы с наружным диаметром 130 мм и толщиной стенки 13 мм. Скорость прессования составляла 7 м/мин. После прессования трубы закаливали в воде и подвергали искусственному старению. Состаренные трубы испытывали на растяжение при температуре 150°С по стандартной методике с определением предела прочности при растяжении, кроме того, определяли коррозионную стойкость труб путем испытания на расслаивающую и межкристаллитную коррозию по ГОСТ 9.904 (раствор №1) и ГОСТ 9.021 (раствор №1) соответственно. Также проводили испытания сплава-прототипа, химический состав которого приведен в Таблице 1. Скорость прессования труб из сплава прототипа составляла 2 м/мин. Результаты испытаний приведены в Таблице 2.
Предлагаемый сплав имеет при температуре 150°С в 1,16 раза более высокую прочность при высокой коррозионной стойкости, что позволит на 12-15% повысить основную характеристику процесса бурения нефтяных и газовых скважин - глубину бурения, в том числе в Мировом океане, а также использовать трубы из предлагаемого сплава в процессе бурения наклонных и горизонтальных скважин, при котором затруднен отвод тепла от бурильной трубы. Кроме того, применение предлагаемого сплава в производстве прессованных труб позволит за счет повышения скорости прессования на 15-20% повысить производительность труда в прессовом производстве.
Таблица 1
Сплав
Химический состав, мас.%
Si
Fe
Си
Mn
Mg
Cr
Ni
Zn
Ti
Mo
Са
Be
алюминий
Предлагаемый
0,9
-
1,3
0,4
1,1
0,25
-
0,6
0,02
0,009
0,1
0,0001
Остальное
Прототип
0,5-1,2
0,8-1,3
1,9-2,5
0,20
1,4-1,8
-
0,8-1,3
0,30
0,10
-
-
-
Остальное
Таблица 2
Сплав
Прочность и коррозионная стойкость прессованных труб в состоянии после закалки и искусственного старения
Предел прочности при 150°С, МПа
Расслаивающая коррозия, балл <sup>х)</sup>
Межкристаллитная коррозия, максимальная глубина проникновения коррозии, мкм
Предлагаемый
440
5
50
Прототип
380
5
50
<sup>х)</sup> Оценка по 10-балльной шкале, 5-й балл - весьма стойкий.