一种高强韧抽油杆钢及其制备工艺的制作方法

本发明涉及合金结构钢，尤其涉及一种高强韧抽油杆钢及其制备工艺。

背景技术：

1、有杆泵采油是全球最传统、应用最广泛的油气开发方式。国有杆泵采油技术产油比例高达75％。然而，随着油井深井和超深井数量的逐渐增加，对抽油杆钢的强度提出了更高的要求。根据抗拉强度，抽油杆钢根据抗拉强度，分为5个级别，其中h级强度最高。h级抽油杆钢广泛用于深井和超深井。然而，随着工作环境越来越恶劣，加剧了抽油杆钢的腐蚀和失效发生因此石油开采业必然会促进钢质抽油杆不断向更高强度、高韧性发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高强韧抽油杆钢及其制备工艺，本发明生产的高强抽油杆钢抗拉强度均大于1100mpa,同时具有较好的韧性，可满足用户的使用需求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种高强韧抽油杆钢，其化学成分质量百分比为c:0.15-0.35％、s i:0.10-0.40％、p≤0.01％、s≤0.01％、mn:1.50-2.50％、cu≤1.0％、n i≤1.0％、mo:0.10-0.60％、cr:1.00-1.50％、v:0.10-0.60％,其余为fe和不可避免的杂质。

4、进一步的，其化学成分质量百分比为c:0.27％、s i:0.31％、p：0.009％、s:0.008％、mn:2.04％、cu:0.67％、ni：0.75％、mo:0.43％、cr:1.33％、v:0.35％,其余为fe和不可避免的杂质。

5、进一步的，其化学成分质量百分比为c:0.30％、s i:0.36％、p：0.008％、s:0.01％、mn:2.04％、cu:0.57％、n i：0.55％、mo:0.38％、cr:1.41％、v:0.41％,其余为fe和不可避免的杂质。

6、进一步的，其化学成分质量百分比为c:0.29％、s i:0.29％、p：0.009％、s:0.008％、mn:2.11％、cu:0.61％、ni：0.61％、mo:0.40％、cr:1.38％、v:0.38％,其余为fe和不可避免的杂质。

7、本发明各成分的设计原理：

8、c:是最廉价的固溶强化元素,但随着碳含量的提高,钢的淬透性提高,强度提高，但韧塑性降低，耐蚀性能也会降低，d级抽油杆用钢为了保证兼顾淬透性和韧塑性、耐蚀性一般c含量为0.20-0.40％但对于更高强度抽油杆用钢,如果采用>0.30％的c含量在控制成本的条件下,韧塑性,耐蚀性都很难保证。采用低碳设计可以进一步提高耐蚀性，因此本发明采用了低碳含量。综合考虑,本钢种需要钢具备优良的强韧性,因而本发明控制碳含量范围为0.15％-0.35％。

9、s i:在钢中能溶入铁素体,能提高合金钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。过高的s i含量,特别是与mncr元素共存时,容易引起钢的晶粒粗化,增加钢的回火脆性，同时s i是显著提高钢的脆性转变温度元素之一。本发明控制硅含量范围为0.10％-0.40％。

10、mn:是奥氏体形成元素,也是重要的强韧化元素。可以通过提高奥氏体的热力学稳定性明显、钢的淬透性并获得较多残余奥氏体,从而提高钢的韧塑性,但是,mn含量过高会增加钢的淬透性,影响焊接性和韧性。本发明控制锰含量范围为1.50％-2.50％。

11、cu:铜还是重要的耐蚀元素。通过cu的沉淀强化与提高耐蚀性匹配,综合考虑,本发明控制铜含量范围为≤1.00％。

12、n i:是最常用有效的耐蚀元素之一。通过固溶方式提高韧性,特别是显著降低冷脆转折温度，一定比例的n i/cu,能防止轧制过程中cu引起的缺陷,还能改善钢的低温韧性。本发明控制镍含量范围为≤1.00％。

13、mo:提高钢的透性,同时强化晶界,提高钢的耐蚀性能,但是mo含量过高会增加钢的淬透性,对焊接性和韧性不利。本发明控制铂含量范围为0.10％-0.60％。

14、cr:是重要的耐蚀元素之一,同时能强烈提高淬透性,当含量很高时会形成o相(fe-cr相),o相出现时显著损害钢的韧性。本发明控制铬含量范围为1.00％-1.50％。

15、v:强碳化物形成元素,可形成简单立方晶体结构的合金碳化物vc,起沉淀强化作用:还可进入渗碳体提高渗碳体稳定性,固溶时提高淬透性，同时也可以提高回火稳定性；v还起到细化晶粒度,显著增加韧性的效果。本发明控制钒含量范围为0.10％-0.60％。

16、p、s作为杂质元素含量越低，钢质纯净度越高，韧性越好,含量均控制在≤0.01％。

17、一种高强韧抽油杆钢的制备工艺，包括：

18、1)冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼，转炉终点控制p≤0.01wt％，c：0.03-0.08wt％；出钢时每吨按4.0kg加入a l mnfe脱氧剂及多种高纯合金进行预脱氧及对s i、mn、cr、mo和n i等成分的初调，采用挡渣留渣出钢防止回p；出钢时每吨加入二元合成渣2.5-4kg；

19、2)精炼：:在90吨以上的lf炉中进行钢水深脱及合金化,造高碱度渣(r≥3.0)强化脱s、去夹杂,精炼过程采用全程搅拌；

20、3)真空脱气:在lf精炼后采用rh循环脱气设备进行真空脱气和去除杂物处理在高真空下保持25分钟以上，保证[h]≤0.0002％，[o]≤0.0020％,所有成分进入要求的范围；

21、4)连铸:采用连铸机,使用结晶器保护渣,工作拉速为1.5-1.8m/min实行全程全保护浇铸生产连铸方坯，铸坯进缓冷坑，缓冷时间≥24小时；

22、5)轧制:棒材连轧生产线轧制成中16mm-35mm规格抽油杆用圆钢制过程中进行控制轧制,控制冷却；开轧温度1050-1100℃；终轧温度850℃-900℃；

23、6)热处理：杆头热镦后,700-900℃淬火，550-700℃回火。

24、进一步的，所述抽油杆钢性能满足：屈服强度re1＞960mpa,抗拉强度rm＞1100mpa,伸长率a＞15％，面缩率z＞55％，冲击韧性＞140j。

25、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

26、本发明制备的抽油杆钢性能满足：屈服强度re1＞960mpa,抗拉强度rm＞1100mpa,伸长率a＞15％，面缩率z＞55％，冲击韧性＞140j。

技术特征：

1.一种高强韧抽油杆钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为c:0.15-0.35％、si:0.10-0.40％、p≤0.01％、s≤0.01％、mn:1.50-2.50％、cu≤1.0％、ni≤1.0％、mo:0.10-0.60％、cr:1.00-1.50％、v:0.10-0.60％,其余为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强韧抽油杆钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为c:0.27％、si:0.31％、p：0.009％、s:0.008％、mn:2.04％、cu:0.67％、ni：0.75％、mo:0.43％、cr:1.33％、v:0.35％,其余为fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的高强韧抽油杆钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为c:0.30％、si:0.36％、p：0.008％、s:0.01％、mn:2.04％、cu:0.57％、ni：0.55％、mo:0.38％、cr:1.41％、v:0.41％,其余为fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的高强韧抽油杆钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为c:0.29％、si:0.29％、p：0.009％、s:0.008％、mn:2.11％、cu:0.61％、ni：0.61％、mo:0.40％、cr:1.38％、v:0.38％,其余为fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高强韧抽油杆钢的制备工艺，其特征在于：包括：

6.根据权利要求5所述的高强韧抽油杆钢的制备工艺，其特征在于：所述抽油杆钢性能满足：屈服强度re1＞960mpa,抗拉强度rm＞1100mpa,伸长率a＞15％，面缩率z＞55％，冲击韧性＞140j。

技术总结
本发明公开了一种高强韧抽油杆钢，其化学成分质量百分比为C:0.15‑0.35％、S i:0.10‑0.40％、P≤0.01％、S≤0.01％、Mn:1.50‑2.50％、Cu≤1.0％、N i≤1.0％、Mo:0.10‑0.60％、Cr:1.00‑1.50％、V:0.10‑0.60％,其余为Fe和不可避免的杂质。还公布了其制备工艺。本发明的目的是提供一种高强韧抽油杆钢及其制备工艺，本发明生产的高强抽油杆钢抗拉强度均大于1100MPa,同时具有较好的韧性，可满足用户的使用需求。

技术研发人员：文浩然,梁正伟,薛虎东,张凤明,郑瑞,王慧军
受保护的技术使用者：包头钢铁（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17