超高強度抽油杆用鋼的製作方法

2023-06-04 19:43:46

專利名稱：：超高強度抽油杆用鋼的製作方法
技術領域：
：本發明屬於金屬材料領域，具體涉及一種石油行業抽油杆用鋼。
背景技術：
：在石油行業中，抽油機有杆泵採油是一種人工舉升採油方式，以其設備簡單，投資少，管理方便，適應性強等優點被國內外各油田廣泛採用。抽油機、抽油杆和抽油泵是有杆泵採油設備的三個主要組成部分，其中抽油杆是將抽油機動力傳遞給井下抽油泵的重要環節，實質上是一種特殊長的往復泵拉杆，再加上在不同程度腐蝕條件下承受交變載荷，對抽油杆工作狀況極為不利。因此，選擇最適合於抽油杆工作條件的鋼材用於抽油杆的製造是首要考慮的因素。國內外現有的抽油杆產品按照性能等級由低到高分為C、K、D禾PH級。隨著油田逐漸進入油田開發後期，油井逐漸加深，對抽油杆的強度、韌性等要求也不斷提高。目前的抽油杆生產多用20CrMo鋼，這種抽油杆在生產過程中需要進行淬火和高溫回火熱處理，生產環節多，生產成本高；同時這種鋼主要用於製造D級、K級等低強度級別的抽油杆，通過熱處理工藝提高強度來製造H級抽油杆，其產品的可靠性不高。目前國內油井約15萬口，採用有杆泵採油油井約12萬口，按照單井平均井深2000米計算，我國抽油杆用量約2.4億米，抽油杆用量巨大。因此，如果能使用一種抽油杆用鋼，不需要進行熱處理製得的抽油杆即可達到H級的強度，將有效降低抽油杆的生產成本，顯著提高H級抽油杆的可靠性，將對油田低耗高效開發有著非常重要的意義。
發明內容本發明的目的是提供一種超高強度抽油杆用鋼，使用這種鋼材製造抽油杆不需要進行熱處理即可達到H級的強度要求，簡化了生產工藝，降低了生產成本。為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.07%0.13%，矽0.40%1.20%,錳1.60%2.2%,鉻0.60%1.70%，鉬0.20%0.40%，鎳《0.3%，銅《0.20%，磷《0.025%，硫《0.25%，餘量為鐵。超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.07%，矽0.40%，錳1.60%,鉻0.60%，鉬0.20%，鎳0.3%，銅0.20%，磷0.025%，硫0.25%，餘量為鐵。超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量按重量百分比為碳O.13%，矽1.20%，錳2.2%，鉻1.70%，鉬O.40%,鎳O.3%，銅0.20%，磷0.025%，硫0.25%，餘量為鐵。超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.08%，矽O.50%，錳1.70%，鉻O.90%，鉬O.25%,鎳O.2%，銅0.15%,磷0.02%，硫0.20%，餘量為鐵。超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳O.11%，矽1.10%，錳2.0%，鉻1.50%，鉬0.35%，鎳0.27%，銅0.17%，磷0.022%，硫0.22%，餘量為鐵。本發明中的抽油杆用鋼按如下工藝製造電爐">鑄錠—軋機開胚—探傷^棒線材連軋機軋制—切定尺^空冷"^成材。鋼中各個組分含量的確定如下碳本發明中的超高強度抽油杆用鋼金相組織主要是貝氏體、鐵素體和少量殘餘奧氏體，組織中無碳化物相存在，以避免碳化物對貝氏體鋼力學性能的惡性作用，從而改善貝氏體鋼的力學性能，因此碳的含量不宜過高，本發明中碳含量控制在0.07%0.13%的範圍內。鉬鉬元素因為能夠有效推遲高溫轉變而對貝氏體轉變幾乎沒有影響，因此鉬是貝氏體非調質鋼常用的合金元素。但是鉬的價格昂貴，從經濟上考慮，在設計時儘量降低鉬的含量，本發明中鉬含量控制在0.20%0.40%範圍內。錳錳元素主要通過固溶強化作用、增加貝氏體、鐵素體基體的固溶碳量來提高強度。此外，錳和鉬類似，能夠有效推遲高溫轉變。而錳又是相當便宜的合金元素，因此在鋼中加入了高錳以降低鉬的用量。本發明中錳含量控制在1.60%2.2%範圍內。矽矽元素可以強烈阻礙碳化物的形成，使鋼在貝氏體相變過程中不析出(或者極少析出)碳化物。此外，矽也是提高屈服強度的主要元素。但是過量的矽降低塑性。本發明中矽的含量控制在0.40%1.20%範圍內。鎳少量的鎳元素和錳結合起來即會使鋼易產生貝氏體組織。鎳的價格非常高，從經濟角度考慮，儘量少用鎳元素。本發明中，鎳含量《0.3%鉻鉻元素可以提高鋼的淬透性，而且可以使鋼在冷卻過程中的珠光體轉變區和貝氏體轉變區分離，有利於形成貝氏體。本發明中鉻的含量控制在0.60%1.70%的範圍內。本發明的優點在於1、使用本發明的超高強度抽油杆用鋼製造抽油杆不需要進行淬火和高溫回火工藝即可達到H級的強度要求，簡化了生產工序，提高了生產效率，並且減少了抽油杆廠家的熱處理設備的投入。2、本發明的超高強度抽油杆用鋼適用於製造H級超高強度抽油杆，滿足油田開發後期井下載荷日益增大，對抽油杆力學強度要求日益提高的要求。具體實施例方式實施例一，一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.07%,矽0.40%,錳1.60%，鉻0.60%，鉬0.20%，鎳O.3%,銅O.20°/。，磷0.025%，硫O.25%，餘量為鐵。實施例二，一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.13%，矽1.20%，錳2.2%，鉻1.70%，鉬O.40%，鎳O.3%，銅O.20%，磷0.025%，硫O.25%，餘量為鐵。實施例三，一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳O.08%，矽O.50%,錳1.70%，鉻O.90%，鉬0.25%，鎳0.2%，銅0.15%，磷O.02%，硫O.20%，餘量為鐵。實施例四，一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳O.11%，矽1.10%,錳2.0%，鉻1.50%，鉬O.35%，鎳O.27%，銅O.17%,磷0.022%，硫0.22%，餘量為鐵。按照此配方在電爐中冶煉，將鋼液澆注成560kg的鋼錠。經過O650Xl和O650X3軋機軋製成65mmX65mn^的方胚後，經探傷後再由O400X1和O250X5連軋機採用控軋控冷工藝加熱溫度109(TC，終軋溫度90(TC，冷卻速度3'C/s將鋼坯軋製成①30圓鋼，剪成9米定尺，空冷到室溫即可。對獲得的鋼材進行力學性能檢測實驗，結果見表一表一超高強度抽油杆用鋼各實施例的力學性能tableseeoriginaldocumentpage5權利要求1、一種超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.07％～0.13％，矽0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，餘量為鐵。2、根據權利要求1所述的超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳O.07%，矽O.40%，錳1.60%，鉻O.60%，鉬O.20%，鎳O.3%，銅O.20%,磷0.025%，硫0.25%，餘量為鐵。3、根據權利要求1所述的超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量按重量百分比為碳O.13%，矽1.20%，錳2.2%，鉻1.70%，鉬O.40%，鎳O.3%，銅O.20%，磷0.025%，硫0.25%,餘量為鐵。4、根據權利要求1所述的超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳0.08%，矽0.50%，錳1.70%，鉻0.90%，鉬O.25%，鎳O.2%，銅O.15°/。，磷O.02%,硫0.20%，餘量為鐵。5、根據權利要求1所述的超高強度抽油杆用鋼，其特徵是，超高強度抽油杆用鋼的各個組分含量重量百分比為碳O.11%,矽1.10%，錳2.0%，鉻1.50%，鉬O.35%，鎳O.27%，銅O.17°/。，磷0.022%，硫0.22%，餘量為鐵。全文摘要本發明涉及一種超高強度抽油杆用鋼，本鋼用於製造超高強度抽油杆，其中各組分含量按重量百分比為碳0.07％～0.13％，矽0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，餘量為鐵。本鋼製造工藝是按上述組分配料後，進入電爐熔煉→鑄錠→軋機開坯→探傷→棒線材連軋機軋制→切定尺→空冷→成材。通過該工藝製成的鋼不需要熱處理工藝，僅通過機加工即可得到H級超高強度抽油杆。在簡化抽油杆生產工藝，降低抽油杆製造成本的同時，滿足了油田開發後期井下載荷日益增大，對抽油杆力學強度要求日益提高的要求。文檔編號C22C38/38GK101177763SQ200710188008公開日2008年5月14日申請日期2007年11月21日優先權日2006年11月21日發明者喬國發,吳振寧,潘衛國,賀志剛,黃錦濱申請人:安東石油技術(集團)有限公司