隨著鋁合金越來越受海洋工業(yè)的重視，不少鋁業(yè)巨頭也進入了研發(fā)鉆井平臺用鋁合金部件的研發(fā)當(dāng)中，美鋁就研發(fā)出了一種高性能鋁合金鉆桿。
目前，普遍使用的鋼制鉆桿在水平井、高腐蝕介質(zhì)井、超深井等施工中經(jīng)常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應(yīng)力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負(fù)載過大等問題。上述問題均是由合金鋼材料本身的理化特性所決定，如要從根本上提高鉆桿的性能，就必須改進鉆桿管體的原材料。
圖源中鋁西南鋁公眾號
攝影：李影
1、提高鉆深能力攝影：李影
鋁合金鉆桿的密度大約是鋼質(zhì)鉆桿的1/3，鋁合金鉆桿強度與質(zhì)量之比是鋼質(zhì)鉆桿的1.5～2.0倍，在鉆機能力一定的情況下，應(yīng)用鋁合金鉆桿能夠達到鋼質(zhì)鉆桿無法達到的井深。
2、耐腐蝕性好
鋁及其合金元素化學(xué)特性比較活躍，當(dāng)其與氧反應(yīng)后會在表面形成穩(wěn)定的氧化膜，阻止其與周圍環(huán)境進一步反應(yīng)。鋁合金鉆桿在飽和CO2溶液里長期侵泡也不腐蝕。經(jīng)過實際使用，鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2腐蝕。
鋁合金鉆桿分為鋼接頭和鋁合金接頭2種。雖然鋁合金鉆桿鋼接頭不具有抗H2S和CO2的能力，但鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)在管體，接頭一般不容易發(fā)生H2S應(yīng)力腐蝕斷裂。另外，鋼接頭與鋁合金管體接觸，后者對它會起到陰極保護的作用，因此，鋁合金鉆桿鋼接頭的腐蝕速率低。
新材料研發(fā)方向：
1.高強、可焊、耐蝕、優(yōu)良加工性能的海洋工程用鋁合金材料；
2.先進鋁質(zhì)船的焊接技術(shù)及高端焊接材料；
3.高性能的犧牲陽極材料；
4.海水淡化用鋁換熱管；
5.OTEc熱交換器鋁合金；
6.LNG球罐鋁合金；
鋁合金用于造船業(yè)已有近百年的歷史。隨著國內(nèi)外造船業(yè)的高速發(fā)展，船舶的輕量化正日益被重視。由于鋁的密度低，強度高，耐腐蝕性強，十分適合海洋的惡劣使用環(huán)境。鋁的加工成本較低，因而使用鋁材制造船舶更具有經(jīng)濟性。從船舶設(shè)計者的角度來看，使用鋁合金制造的船舶在同等動力條件下能有更快的速度，并且還具有更長的使用壽命。因而船舶用鋁合金在近年來技術(shù)突飛猛進，并為大量鋁材提供了廣闊的市場。
船舶用鋁合金以鋁-鎂系合金、鋁-鎂-硅系合金和鋁-鋅-鎂系合金為主，依據(jù)所用的位置，分為上層舾裝用鋁合金、船體結(jié)構(gòu)用鋁合金，其中棲裝包括桅桿、舷窗、煙筒、操舵室等，船體結(jié)構(gòu)包括隔壁、肋板、龍骨、船底外板以及船側(cè)等。船舶上層結(jié)構(gòu)中舷窗常用的鋁合金型材為6063鋁合金，桅桿、舷梯常使用6063與6061鋁合金型材。另外，壁板使用擠壓成型的鋁-鎂合金，可防止焊接中變形的同時，確保應(yīng)力分布更加合理。船體結(jié)構(gòu)中鋁-鎂系合金應(yīng)用率較高，其中5454、5052鋁合金是制造甲板的主要材料。
鋁及鋁合金上的氧化膜對其電極電位影響很大，4N鋁在5.3%NaCl+0.3%H2O2溶液中對甘汞電極的電位為－0.87＋0.0lV，凡是對氧化膜有影響的因素都對電位有影響。因此，氧化膜對鋁及鋁合金的抗蝕性有著決定性的意義：凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度、提高氧化膜絕緣性能的因素都有助抗蝕性的提高。為此，在海洋環(huán)境中應(yīng)用的一切鋁材都必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼?br /> 鋁及鋁合金在海水中的抗蝕性按遞降次序排列如下：鋁－鎂合金(5xxx系)、鋁(1xxx系)、鋁－錳合金(3xxx系)、鋁－鎂－硅合金(6xxx系)、鋁－鋅－鎂合金(7xxx系)、鋁－硅合金(4xxx系)、鋁－鋅－銅－鎂合金(7xxx系)、鋁－銅-鎂合金(2xxx系)及鋁－銅合金(2xxx系)。因此，在選擇海洋結(jié)構(gòu)材料時，應(yīng)首選5xxx系合金，同時，合金的鎂含量宜≤5%,以便有良好的成形性能。
目前，鋁合金主要應(yīng)用在小型、輕量、高速船艇等船型，如穿浪雙體船、高速巡邏艇、軍輔船、公務(wù)船等。“鋁材是快速渡船、水翼艇、漁船、工作艇、高速汽車渡船等高速船舶設(shè)計者的首選材料。”“全鋁制快速船舶例如穿浪型雙體船、水翼艇以及多體船的速度已經(jīng)達到35～50節(jié)，這大大改變了水路運輸?shù)臓顩r，其航行時間和傳統(tǒng)的船舶相比節(jié)省了一半。為了提升船舶的續(xù)航能力和航行速度，未來都將更多采用鋁材造船。”從環(huán)保方面來看，湖泊、內(nèi)河等水域的船舶目前面臨因柴油泄漏導(dǎo)致的環(huán)保壓力逐漸增大，其船舶動力發(fā)展趨勢是電動逐漸代替柴油動力，因此湖泊、內(nèi)河等水域的船舶輕量化需求將逐漸上升；在軍用艦船方面，軍用艦船使用鋁合金既可以減輕船體重量，又能達到降低重心、提高艦船航行穩(wěn)定性的目的。
