一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢及其生产方法，其中，以质量百分比计，该钢的化学成分如下：Si：0.15％～0.25％，Mn：1.8％～2.5％，Ni：2.0％～2.4％，Cr：11.00％～11.50％，Mo：0.40％～0.60％，Cu：0.20％～0.35％，Al:0.010％～0.025％,Ti：0.10％～5(C％‑0.02)％，C≤0.055％，P≤0.025％，S≤0.010％，[N]：0.015％～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术的有益之处在于：通过对化学成分的优化设计，我们开发出了具有高强度、耐腐蚀性能的抽油杆用钢，填补了该领域的国内空白，满足了油田腐蚀环境采油对耐腐蚀抽油杆的需求，对油田的安全稳定生产、提高生产效率、降低开采成本会产生显著效果，对石油开采产业的长远发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢及其生产方法
本专利技术涉及钢铁行业中的一种合金结构钢，具体涉及一种高强度、耐腐蚀抽油杆用钢及其生产方法，属于油田用钢

技术介绍
随着石油开采工矿环境的日益复杂，大量油田的H2S、Cl-含量逐年升高，开采工具长期工作在腐蚀性环境中，由于受到油质腐蚀，导致抽油杆断裂事故频发，给油田造成了较大经济损失，大大增加了石油生产成本。普通抽油杆主要采用20—42CrMo系列钢种制作而成，已不能满足在这种腐蚀性工矿油田的开采任务。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种不仅力学性能和疲劳性能优良，而且还具有优良的耐腐蚀性能的抽油杆用钢，以及该钢的生产方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢，其特征在于，以质量百分比计，前述钢的化学成分如下：Si：0.15％～0.25％，Mn：1.8％～2.5％，Ni：2.0％～2.4％，Cr：11.00％～11.50％，Mo：0.40％～0.60％，Cu：0.20％～0.35％，Al:0.010％～0.025％,Ti：0.10％～5(C％-0.02)％，C≤0.055％，P≤0.025％，S≤0.010％，[N]：0.015％～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢的生产方法，其特征在于，按前述组分的质量百分比计，包括以下步骤：一、冶炼：采用EAF冶炼+VOD+LF精炼，精炼渣目标成分以质量百分比计，具体如下：CaO：45％～50％，SiO2：25％～35％，Al2O3：10％～15％，Mg0：3％～6％，碱度R：2.0～2.5；二、钢锭浇铸：采用下注法浇铸，钢液相线1495℃，过热度控制在50±5℃，浇铸钢锭；三、钢锭退火：按780±10℃进行钢锭退火；四、钢坯锻制：钢锭先升温至700℃并保温2h，然后升温至1000℃并保温2h，再升温至1160℃～1190℃并保温4h，然后出炉锻造，钢锭开锻温度≥1100℃，终锻温度控制在900℃以上，制成钢坯；五、棒材轧制：使用步进式加热炉加热，入炉温度不超过650℃，预热段温度控制在850℃～980℃，加热1段温度控制在960℃～1100℃，加热2段温度控制在1120℃～1180℃，均热段温度控制在1170±10℃，加热时间4h～6h，然后出炉轧制，产材总压缩比控制在6.0以上；六、钢材退火：产材定尺切割后打捆入保温坑缓冷并及时退火。前述的生产方法，其特征在于，在步骤二中，浇铸的同时采取Ar气保护浇铸措施。前述的生产方法，其特征在于，在步骤四中，钢锭先以不大于100℃/h的速度升温至700℃，然后以不大于150℃/h的速度升温至1000℃，再以不大于100℃/h的速度升温至1160℃～1190℃。前述的生产方法，其特征在于，在步骤四中，采用10吨电液锤锻制规格为220mm×220mm的方形钢坯。前述的生产方法，其特征在于，在步骤五中，前述步进式加热炉以不大于100℃/h的速度升温。前述的生产方法，其特征在于，在步骤六中，退火使用连续式退火炉，退火温度控制在780℃±10℃，辊速控制在3.0m/h～3.5m/h。本专利技术的有益之处在于：通过对化学成分的优化设计(例如：将C含量控制在0.06％以下以保证钢材良好的耐蚀性、将Cr含量控制在11％～12％以提高钢材在氧化性介质中的优良耐蚀性、将Ni含量控制在2.0％～2.4％以改善钢材的力学性能以及在还原性介质中的耐蚀性和耐气蚀性能、将Mo含量控制在0.40％～0.60％以改善钢材的强度和硬度以及耐蚀性、将Cu含量控制在0.20％～0.35％以提高钢材的强度以及改善钢材在还原性介质中的耐蚀性)，我们开发出了具有高强度、耐腐蚀性能的抽油杆用钢，填补了该领域的国内空白，满足了油田腐蚀环境采油对耐腐蚀抽油杆的需求，对油田的安全稳定生产、提高生产效率、降低开采成本会产生显著效果，对石油开采产业的长远发展具有重要意义。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作具体的介绍。一、设计钢材的化学成分表1化学成分单位：wt％本专利技术的不锈钢属于微合金化的低碳马氏体铬镍不锈钢，其成分设计要点说明如下：(1)C含量控制在0.06％以下，以保证本专利技术的不锈钢具有良好的耐蚀性；(2)Cr含量控制在11％～12％，以提高本专利技术的不锈钢在氧化性介质中的优良耐蚀性；(3)Ni含量控制在2.0％～2.4％，以改善本专利技术的不锈钢在还原性介质中的耐蚀性和耐气蚀性能，另外，还可以进一步提高钢材淬透性、保证钢中较低的δ-铁素体含量，改善本专利技术的不锈钢的力学性能，尤其是改善韧性；(4)Mo含量控制在0.40％～0.60％，除了能改善钢材的耐蚀性外，主要是用以提高钢材的强度和硬度，增加钢材回火稳定性，保证在较低C含量下，钢材仍具有高的强度；(5)Cu的含量控制在0.20％～0.35％，以改善钢材在还原性介质中的耐蚀性，另外，适量的Cu可以进一步提高钢材的强度；(6)Mn：保证本专利技术的钢材具有极低的δ-铁素体含量，部分代替Ni达到节Ni的目的；(7)Ti用以改善钢材的耐晶间腐蚀性能，Ti含量按5(C％-0.02)％～0.25％进行控制；(8)S易在氯化物溶液中形成点腐蚀，降低钢材的耐蚀性，所以应控制在极低水平(≤0.010％)；(9)Al含量控制在较低水平，可保证马氏体铬镍不锈钢极低的δ-铁素体含量及淬火后的完全马氏体组织。二、生产方法本专利技术的高强度耐腐蚀抽油杆用钢的生产方法，按上述组分的质量百分比计，包括以下步骤：1、冶炼电炉冶炼采用EAF冶炼+VOD+LF精炼。(1)配料原料由低磷碳结返回切头、低磷高碳铬铁、镍板、钼铁、钛铁和铜板组成，为控制钢水气体含量，渣料及合金必须进行烘烤以去除水分，钢铁料不能有锈蚀。(2)电炉冶炼电炉的炉壳必须是前期，电炉熔清取样全分析(包括残余元素)要求P≤0.015％，并且残余五害元素满足要求。钢液温度≥1600℃，吹氧脱碳并调整成分。用SiCaAl粉还原渣中Cr，还原时间≥10min。(3)VOD合VOD罐后，定氧枪高度1000mm(可适当提高至1100mm)；抽真空，当真空度达100×133.3Pa(可适当提高至150×133.3Pa)时开始吹氧，氧气压力0.60MPa～0.65MPa，氩气压力0.2MPa～0.4MPa。真空度显著下降，停氧时先抬枪后停氧，停氧后进入极真空,极真空期间罐内真空度≤133Pa，极真空时间10min(可适当延长至20min)。(4)LF精炼破真空开罐后，加入铁合金、渣料及脱氧剂，加入的量具体如下：CaO：20kg/t～25kg/t；CaF2：2kg/t～4kg/t；Fe-Si粉、Al粉：总量0.5kg/t～2.0kg/t；Fe-Si块：4kg/t～8kg/t；铝锭+铝线：2kg/t～3kg/t。精炼渣目标成分以质量百分比计，具体如下：CaO：45％～50％，SiO2：25％～35％，Al2O3：10％～15％，Mg0：3％～6％，碱度R：2.0～2.5。取样满足内控成分要求后开始吹氮气，吹氮结束后弱氩搅拌，搅拌时间≥20min。要求[O]≤30ppm，[N]150ppm～250ppm。2、钢锭浇铸采用下注法浇铸，钢液相线1495℃，过热度控制50±5℃，浇铸温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢，其特征在于，以质量百分比计，所述钢的化学成分如下：Si：0.15％～0.25％，Mn：1.8％～2.5％，Ni：2.0％～2.4％，Cr：11.00％～11.50％，Mo：0.40％～0.60％，Cu：0.20％～0.35％，Al:0.010％～0.025％,Ti：0.10％～5(C％‑0.02)％，C≤0.055％，P≤0.025％，S≤0.010％，[N]：0.015％～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢，其特征在于，以质量百分比计，所述钢的化学成分如下：Si：0.15％～0.25％，Mn：1.8％～2.5％，Ni：2.0％～2.4％，Cr：11.00％～11.50％，Mo：0.40％～0.60％，Cu：0.20％～0.35％，Al:0.010％～0.025％,Ti：0.10％～5(C％-0.02)％，C≤0.055％，P≤0.025％，S≤0.010％，[N]：0.015％～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.一种高强度耐腐蚀抽油杆用钢的生产方法，其特征在于，按权利要求1所述组分的质量百分比计，包括以下步骤：一、冶炼：采用EAF冶炼+VOD+LF精炼，精炼渣目标成分以质量百分比计，具体如下：CaO：45％～50％，SiO2：25％～35％，Al2O3：10％～15％，Mg0：3％～6％，碱度R：2.0～2.5；二、钢锭浇铸：采用下注法浇铸，钢液相线1495℃，过热度控制在50±5℃，浇铸钢锭；三、钢锭退火：按780±10℃进行钢锭退火；四、钢坯锻制：钢锭先升温至700℃并保温2h，然后升温至1000℃并保温2h，再升温至1160℃～1190℃并保温4h，然后出炉锻造，钢锭开锻温度≥1100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱财让，谢文献，佐辉，王欣辉，梅国俊，李永强，王芝林，李俊玲，李亚东，刘子斌，
申请(专利权)人：西宁特殊钢股份有限公司，胜利油田胜兴石油机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63