[发明专利]一种油田用防腐抽油杆用钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于油田用钢技术领域。特别是提供了一种油田用防腐抽油杆用钢及其生产方法，与国内外现使用的同类产品比较，它有着更优良的耐腐蚀性能和更经济的生产成本。

背景技术

抽油杆是油田采油系统中用于连接地面抽油机和井下抽油的重要部件，是石油开采活动中重要的消耗性材料之一。在采油生产过程中，抽油杆承受的载荷包括抽油杆柱的重量、液柱重量、抽油杆柱和液体的惯性载荷、抽油杆柱在运动中的摩擦阻力、抽油杆柱的弹性引起的震动载荷及由于液体和柱塞运动不一致而引起的冲击载荷等。以上六种载荷在抽油杆上下往复运动期间是循环变化的，因此抽油杆承受的是不对称循环载荷。抽油井井液中含有盐分、二氧化碳或硫化氢等腐蚀介质，腐蚀介质的侵蚀作用会大大降低抽油杆使用寿命。因此，抽油杆失效形式常表现为疲劳断裂、腐蚀疲劳断裂。

随着油田的不断开采，现有大部分油田的开采已步入后期，井深及井液腐蚀性(CO₂，H₂S，NaCL等)均呈上升趋势；近年来，在全球获得的重大油田勘探发现中，有一半来自海洋，特别是深水区域；而从发展趋势看来未来的油田开发项目更将主要来自于海洋。因此，含蜡井、稠油井、深井、超深井等新的工作条件，对抽油杆的强度、韧性、耐腐蚀性、抗腐蚀疲劳等性能提出了更高的要求。

国内油田目前大量使用的抽油杆多为D级(GB/T26075-2010)，该级别抽油杆不能很好地满足新的使用要求，将被具有更好耐腐蚀性、更高强度的KD级和H级抽油杆所替代，这也就提出了相应的抽油杆用钢的新需求。在本发明之前，国内市场上KD和H级抽油杆及其用钢供应均为空白；国外KD、H级抽油杆均使用4620、4330等钢种制做，该系列钢种贵金属元素Mo(0.20～0.30％)、Ni(1.65～2.00％)含量高，且多采用电弧炉冶炼生产，因此生产成本及合金成本极高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油田用防腐抽油杆用钢及其生产方法，可用于制做KD级和H级抽油杆，并能够确保抽油杆产品的各项质量指标均能满足其标准和使用要求。与国内外现使用的同类产品比较，它有着更优良的耐腐蚀性能和更经济的生产成本。

本发明钢种的化学成分为(重量百分比)：C：0.20-0.30％；Si：0.10-0.40％；Mn：0.60-1.00％；Cr：0.40-0.80％；Mo：≤0.10％；Ni：0.60-1.00％；其余组份为Fe及不可避免的杂质。该产品显著降低了合金成本。

本发明钢种采用转炉冶炼的低成本工艺路线进行生产，工艺流程为“高炉铁水和废钢→转炉冶炼→LF炉外精炼→160×160或180×180mm²方坯全保护连铸→铸坯缓冷→步进式加热炉加热→无扭连轧→控轧控冷→定尺剪切→分切精整”。在工艺中控制的具体的技术参数如下：

(1)转炉原料使用低硫铁水和废钢，吹炼采用高拉碳模式，出钢温度范围1660-1720℃，出钢时挡渣，钢水终点目标成分：碳≤0.12％、磷≤0.010％；所述的低硫铁水为硫含量≤0.040％的铁水；铁水若其硫含量＞0.040％，则先预脱硫；

(2)转炉出钢时使用铝锰铁合金对钢水进行脱氧，钢水氧化性强时补加铝粒50-100Kg；所述的钢水氧化性强为钢水氧活度不小于1000ppm；

(3)镍在转炉吹炼前加入炉中；硅、锰、铬、钼均在转炉出钢过程脱氧后调，并在LF精炼过程完成微调；

(4)LF精炼过程顶渣重量控制10～30Kg/吨钢，二元碱度控制范围2.8-5.0；精炼末期底吹氩气时间控制10～30min，氩气流量范围30-50NL/min；所述的二元碱度计算方法为顶渣中CaO和SiO2含量的比值；

(5)钢水在LF精炼结束后吊运至方坯铸机，连铸过程采用全保护方式，铸坯冷却水量控制为矫直铸坯时避开高温脆性区间，铸坯采用入坑缓冷，缓冷时间≥16小时；所述的全保护方式为浇铸过程中，大包使用吹氩套管，中间包用覆盖剂，结晶器使用浸入式水口和保护渣；

(6)轧制前，钢坯加热温度为1050～1200℃，出坯时使用高压水除鳞，开轧温度为900～1100℃，终轧温度800～950℃；轧材圆钢运至冷床采用集中缓冷。所述的高压水水压＞18Mpa；所述的集中缓冷为圆钢密集码放减缓冷却速度。