專利名稱：抽油桿用鋼及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田采油機(jī)的重要結(jié)構(gòu)件-D級抽油桿用鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和該鋼的冶煉及熱處理方法。
國內(nèi)外現(xiàn)有抽油桿產(chǎn)品，按強(qiáng)度性能分為C級桿、D級桿、K級桿三種。隨著采油工業(yè)迅速發(fā)展和許多油田不斷處于后期開采，采油層逐漸降低和油井加深，要求抽油桿不僅具有足夠的強(qiáng)度，而且還要有較高的韌性和耐疲勞性能。目前國內(nèi)外廣泛采用和推廣的是D級抽油桿產(chǎn)品和少量的K級抽油桿產(chǎn)品，C級桿因綜合力學(xué)性能低已不采用。近年來國內(nèi)制造D級抽油桿產(chǎn)品采用的定型鋼號有35Mn2、35CrMo、42CrMo。制造K級抽油桿產(chǎn)品定型鋼號有20CrMo鋼。美國石油協(xié)會推薦的D級抽油桿用鋼的鋼號有1536和4142(注1536鋼相當(dāng)于我國35Mn2鋼;4142鋼相當(dāng)于我國的42CrMo鋼)。日本特許公報(bào)，昭59-23850公開用于油井的D級抽油桿產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品的化學(xué)成分(重量百分比)C0.34～0.44%，Mn1.35～1.65%，P0.04%，S0.05%，Si0.15～0.30%，V0.07～0.15%。
依據(jù)用戶反映;目前我國所采用的D級抽油桿用鋼尚存在不足之處如下(1)耐疲勞性能指標(biāo)不理想。(2)沖擊、延伸率、斷面收縮率指標(biāo)不理想。(3)所采用的D級抽油桿用鋼由于高溫塑性較差，在較大鍛造比情況下，抽油桿端部棱角處易產(chǎn)生裂紋缺陷而報(bào)廢，因此，高溫鍛造成品率較低(成品率為92～97%)。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有鋼種這些不足，為了滿足用戶要求的抽油桿用鋼的這種鋼，特研制出40Mn2Nb抽油桿用鋼。
本發(fā)明40Mn2Nb鋼的化學(xué)成分為(重量百分比)C0.36～0.44%，Si0.31～0.40%，Mn1.2～1.8%，Nb0.02～0.05%，S≤0.030%，P≤0.030%。該鋼在冶煉時(shí)，鋼水出鋼溫度要比一般中碳錳鋼高20～30℃，即應(yīng)控制在1640～1660℃。達(dá)到該溫度后，將鋼水由爐內(nèi)倒入盛鋼罐里，當(dāng)?shù)谷牍蘩锏匿撍窟_(dá)到1/3時(shí)，及時(shí)加入粒度為30～70mm的Nb-Fe合金。當(dāng)鋼水裝滿罐后，及時(shí)吊到注錠臺處，采用吹氬氣精煉新工藝，底吹氬氣時(shí)間為8～10分鐘，然后澆注鋼錠，經(jīng)鎮(zhèn)靜脫模后，送到初軋廠軋成90×90mm方坯，經(jīng)大于8小時(shí)緩冷后，按用戶要求軋成φ19mm或φ22mm或φ25mm小型圓鋼產(chǎn)品。熱軋圓鋼進(jìn)入冷卻臺時(shí)采用冷水小噴霧快冷方法，有利該鋼性能提高。交貨狀態(tài)為熱軋裝態(tài)。要求長度定尺L＝8500mm，△L＝+50～60mm。采用該鋼制造的抽油桿產(chǎn)品進(jìn)行熱處理制度淬火溫度為820～850℃，保溫是間為40～50分鐘，然后進(jìn)行水淬?；鼗饻囟葹?20～620℃，保溫時(shí)間為60～70分鐘，然后空冷。
本發(fā)明采用這種化學(xué)成分經(jīng)冶煉、軋制及熱處理后，該鋼的綜合力學(xué)性能不緊滿足用戶要求和達(dá)到GB7229-87D級抽油桿國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還達(dá)到了美國API-11B規(guī)范要求的D級抽油桿的國際先進(jìn)水平。其綜合力學(xué)性能比較情況，詳見表1和表2。
該鋼不僅是制造D級抽油桿的優(yōu)質(zhì)鋼，而且還是制造軸、曲軸、汽車半軸、蝸桿、拉桿、連桿、螺栓、螺釘、彈簧等一切動載荷或變載荷部件及結(jié)構(gòu)件的優(yōu)質(zhì)鋼。另外，采用該鋼制造抽油桿及其它產(chǎn)品與采用Cr-Mo系列鋼相比較，還具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)等方面。
40Mn2Nb抽油桿用鋼曾在地質(zhì)部張家口探礦機(jī)械廠等單位試用。其中張?zhí)皆囼?yàn)檢驗(yàn)的力學(xué)性能結(jié)果見表3。
其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過協(xié)議規(guī)定指標(biāo)和達(dá)到GB7229-87D級桿國家標(biāo)準(zhǔn)及美國API-11B規(guī)范中要求D級抽油桿的國際先進(jìn)水平。
另外，由于該鋼高溫鍛造塑性好，鍛造抽油桿成品率高達(dá)99%，比其它抽油桿用鋼鍛造成品率提高2%以上。已為抽油桿制造廠減少廢品1200根(節(jié)約鋼材30萬噸)，為用戶所創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益12萬元。
表2 疲勞性能
注(1)其它抽油桿鋼摘錄最高疲勞性能鋼數(shù)據(jù)(含美鋼API-11B規(guī)范中D級抽油桿用鋼)(2)缺口疲勞試樣理論應(yīng)力集中系數(shù)K1＝2(3)表2中40Mn2Nb鋼的疲勞性能值尚未來得及檢測最高疲勞極限值。
表3 力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種抽油桿用40Mn2Nb鋼，它的化學(xué)成分為(重量百分比)C0.36～0.44%，Mn1.2～1.8%，S≤0.030%，P≤0.030%。其特征是它還含有Si0.31～0.40%，Nb0.02～0.05%。
2.權(quán)利要求1所述的40Mn2Nb鋼，其特征是它的鋼水出鋼溫度應(yīng)控制在1640～1660℃，當(dāng)鋼水倒入盛鋼罐1/3，應(yīng)及時(shí)加入粒度為30～70mm的Nb-Fe合金，在鋼水裝滿盛鋼罐后，由罐底吹氬氣時(shí)間為8～10分鐘后進(jìn)行注錠。
3.一種抽油桿用40Mn2Nb鋼，其特征是在制造成品抽油桿后要進(jìn)行熱處理，其淬火溫度為820～850℃，保溫時(shí)間為40～50分鐘然后水淬，再進(jìn)行回火處理，回火溫度為520～620℃，回火保溫時(shí)間為60～70分鐘然后空冷。
全文摘要
一種抽油桿用40Mn
文檔編號C22C38/12GK1057679SQ9010447
公開日1992年1月8日 申請日期1990年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月16日
發(fā)明者賈永鴻 申請人:鞍山鋼鐵公司, 鞍山鋼鐵公司鋼鐵研究所