[发明专利]耐腐蚀性制品和制备方法

说明书

公开了一种制品和形成所述制品的方法。所述制品具有包含纳米结构铁素体合金的表面。所述表面包括多个纳米特征，所述多个纳米特征包括布置在载铁合金基质中的钇和钛的复合氧化物。在所述表面的载铁合金基质包括约5重量%‑约30重量%铬，和约0.1重量%‑约10重量%钼。此外，在所述表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。所述方法一般包括以下步骤：研磨，热机械固结，退火，和随后在阻碍χ和σ相在表面的纳米结构铁素体合金中形成的速率下冷却。

背景

本发明总体上涉及纳米结构铁素体合金和由这种合金制得的制品。更具体而言，本发明涉及具有良好耐腐蚀性的纳米结构铁素体合金表面的制品，及形成所述制品的方法。

在通常与油气提取装置相关的酸性和酸环境中使用的设备部件中选择材料尤其重要。酸气井可以含有二氧化碳、氯化物、硫化氢和游离硫，且可以在高达400℃的温度下操作。这种类型的腐蚀环境要求仔细设计合金使得部件能够在其服务寿命中保持其结构完整性。

常规耐腐蚀性钢包括铁素体、奥氏体，和铁素体/奥氏体双相钢。一般地，铁素体钢具有在含氯化物环境中的改进抗应力腐蚀开裂性，但强度相对低。奥氏体和双相钢具有良好耐腐蚀性、低至中的强度，但具有较差的抗应力腐蚀开裂性。

镍基超合金具有高强度、耐腐蚀性和抗应力腐蚀开裂性。Ni基超合金一般包括镍(Ni)，以及其它元素例如铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)和铜(Cu)。镍提供对水性氯化物应力腐蚀开裂的抵抗力且提供对碱的抵抗力，而一般加入铁以降低镍的使用(合适的话)。钼和钨有利于耐点蚀性且提供在还原酸中的总体耐腐蚀性。铬改进氧化性酸性介质中的总体耐腐蚀性。发现铜有利于非氧化性腐蚀环境中的总体耐腐蚀性。Ni-Fe-Cr-Mo-Cu的相对浓度，以及合金加工和部件的工作历史，部分确定油气应用中的总耐腐蚀性。因为较高镍含量提高原材料的成本，需要镍含量比典型的超合金更低但具有在酸性和酸环境中优于常规钢的机械强度和耐腐蚀性的合金。

概述

本发明的一个实施方案涉及制品。所述制品具有表面，且该表面包括纳米结构铁素体合金。所述合金包括布置在载铁合金基质中的多个纳米特征；该多个纳米特征包括复合氧化物颗粒，所述复合氧化物颗粒包括钇、钛，和任选其它元素。布置在表面的载铁合金基质包括约5重量%-约30重量%铬，和约0.1重量%-约10重量%钼。此外，布置在表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。

本发明的另一个实施方案涉及一种方法。所述方法一般包括研磨、热机械固结、退火和冷却的步骤。在研磨步骤中，载铁合金粉末在氧化钇的存在下研磨直到氧化物基本上溶解在合金中。研磨粉末常常在惰性环境下固结，以形成固结部件，其随后在高于χ和σ相的固溶线温度退火且在避免形成χ和σ相的速率下冷却，以形成具有先前所注意到的制品特征的经加工的部件。

附图简述：

图1为根据本发明的一个实施方案的制品的例示性横截面；

图2为根据本发明的一个实施方案，锻造的NFA与两种基线钢和Ni基合金718的室温拉伸性能的比较；和

图3为根据本发明的一个实施方案，锻造的和经热处理的NFA与两种基线钢和Ni基合金718在NACE TM0177溶液A (5% NaCl和0.5% CH₃COOH，脱气)中的腐蚀性能的比较。

详述

文中所述的本发明的实施方案解决现有技术状态的所注意到的缺点。本发明的一个或多个具体实施方案在下文描述。为了提供这些实施方案的简明描述，可以不在说明书中描述实际执行的所有特点。应当了解在任何这种实际实施的开发中，如在任何加工或设计项目中，必须作出许多实施特定的决定以实现开发者的特定目标，例如顺从系统相关和商业相关的限制，其可以在各个实施中变化。此外，应当了解开发努力可能是复杂和耗时的，然而是具有本公开的益处的本领域技术人员设计、制备和制造的常规工作。