[發明專利]一種高強度耐疲勞抽油桿鋼的生產方法

有效

• 申請號: 202210110166.3
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114480974B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 吾塔;王建新;雷洪
• 申請（專利權）人: 新疆八一鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/50;B21B1/46;B22D11/00;C21C1/02;C21C5/52;C21C7/00;C21C7/06;C21C7/072;C21C7/10
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本發明公開了一種高強度耐疲勞抽油桿鋼的生產方法，工藝流程：鐵水脫硫預處理→電爐冶煉→出鋼脫氧合金化、增碳去夾雜→鋼包惰性氣體底吹攪拌→LF精煉處理→連鑄→鑄坯緩冷→軋制；成分設計：C：0.30～0.33%；Si：0.25?0.35%；Mn：0.95～1.10%；Mo：0.20～0.30%；P：≤0.012%；S≤0.005%；Ti：0.045～0.055%；Cr：0.85～0.95%；Al：0.025～0.035%；Cu≤0.10%；[Ni]≤0.10%；[N]：≤0.0045%；再依次經過鐵水脫硫預處理、電爐冶煉、LF精煉處理終點：鋼水中必須有一定量的自由氧，全氧含量控制在0.0025～0.0035%，LF結束進行鈣處理，喂鈣線速度3.0～3.5米/秒，喂入鈣線快速與氧結合形成CaO分子，CaO與Al₂O₃結合形成復合夾雜，經底吹攪拌促使夾雜物上浮去除；連鑄冷檢合格后裝爐軋制。

技術領域

本發明涉及一種高強度耐疲勞抽油桿鋼的生產方法，屬于鋼鐵冶煉材料成形領域。

背景技術

抽油桿是抽油機井使用的細長桿件，抽油桿是上接光桿，下接抽油泵，起傳遞動力的作用。抽油桿單根長度為7～10m,材質一般是低碳合金鋼經過調質處理,在井管內用內螺紋箍一根根連接起來，一直延伸到地下油層處的活塞上,通過往復運動來泵油。隨著油井深度的增加，抽油桿的自重增加，增大抽油桿載荷，影響抽油桿疲勞壽命。因此，設計研發高強度、高韌性、耐疲勞抽油桿鋼，減輕抽油桿自重，提高抽油桿使用壽命是推動石油行業技術進步和綠色低碳發展的必由之路。

為滿足各種復雜深油井采油需要，國外先后開發應用了許多新材料和新結構的抽油桿。國內抽油桿以Ｄ級抽油桿為主。國內抽油桿的最新標準SY/T?5029—2013只對抽油桿的基本力學性能、尺寸公差和出廠規范等做出了說明，并未規定其許用應力，影響到更高級別的Ｈ級抽油桿的設計。例如用Ｈ級桿替代Ｄ級桿，抽油桿最大直徑由22mm降低至19mm，桿柱質量減輕20%。Ｈ級抽油桿的應用具有降低抽油桿直徑的和減輕抽油桿自重的巨大優勢。

由于抽油桿在使用過程中承受著周期性變化的載荷，最終導致疲勞或腐蝕疲勞失效，疲勞壽命是衡量抽油桿好壞的最重要指標。通過超高強度抽油桿試樣的疲勞試驗，檢測其耐疲勞性能，判斷抽油桿的質量。在高強度失效抽油桿上切取斷口，對斷口進行微觀斷裂機理分析，所有的斷裂裂紋起源于表面腐蝕坑處，擴展區域有疲勞輝紋和二次裂紋，分析顯示抽油桿的斷裂為腐蝕疲勞斷裂。因此。開發一種高強度、高韌性、耐疲勞、長壽命抽油桿鋼用于變載荷下的深井抽油桿，是適應石油工業綠色發展的需要。要具備高強度高韌性、耐磨性、耐腐蝕性，體現在材料高的鋼質純凈度。

鋼中的非金屬夾雜往往成為疲勞裂紋源，如硫與錳結合形成大顆粒的MnS夾雜，氧化物夾雜含量要求低，Al的脫氧產物Al₂O₃與MgO、CaO、SiO₂等氧化物形成的復合夾雜是影響抽油桿鋼疲勞壽命最主要的因素，磷在晶界的偏聚引起晶界的脆化，降低強度和韌性，鋼中高的氫含量，將導致鋼材出現氫致裂紋，最主要是石油油井中存在硫化氫等腐蝕氣體，氫致白點經腐蝕將成為裂紋源，降低材料的耐疲勞性。因此，提高鋼的純凈度，控制連鑄坯偏析以及鋼材帶狀組織是提高高強度抽油桿鋼耐疲勞性能的重要途徑，為了防止材料的時效硬化，需要嚴格控制鋼中的氮含量。因此，硫、磷、氧、氮、氫含量以及非金屬夾雜的嚴格控制是開發高強度耐疲勞抽油桿鋼的首要條件。

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