[发明专利]一种抽油杆表面合金化高综合性能改性处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理工艺，具体的是对抽油杆进行表面处理的工艺。

背景技术

大庆油田进入高含水开发后期，为了提高老油田采收率，在这些油田上大范围的采用了注聚、注三元液采油技术，应用这些技术的同时极大地恶化了腐蚀环境，抽油杆的腐蚀原因变成了多方面因素综合作用的结果。其腐蚀以电化学腐蚀为主，主要表现为氧浓差腐蚀、细菌腐蚀，Cl^-穿透腐蚀产物膜自催化加速腐蚀，微生物腐蚀及机械腐蚀等。此外，光杆在工作时还受到盘根腐蚀，盘根硬度，粗糙度，坚硬的垢粒等加速了磨损速度。

极为苛刻的服役条件造成了抽油杆的腐蚀及断裂，使用寿命缩短，报废杆堆积如山，造成巨大浪费。

所以无论是从油田发展角度考虑，还是从国家能源安全，能源贮备及循环经济体系建设等战略角度考虑，抽油杆的防腐延寿问题已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提供一种对抽油杆进行表面处理的工艺，采用此种工艺处理后的抽油杆，具有合金化的高强表面，可提高抽油杆的抗腐蚀能力，同时延长抽油杆的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种抽油杆表面合金化高综合性能改性处理工艺，其具体步骤如下：

1、对抽油杆工件进行预处理，使工件表面无油、无锈；

2、按照重量百分比计算，取95％铬粉、1％氯化铵及4％氯化铁，用水解硅酸乙酯制成膏剂，涂覆于工件表面，涂层厚度为0.25mm；干燥后，在氩气保护下，高频电流感应加热到1200℃，保温2分钟；

3、将步骤2处理后的抽油杆降温预冷至810～830℃，油或水冷淬火；

4、加热至160～200℃，回火2～3h，空冷至室温。

本发明专利的原理说明：抽油杆渗铬工艺主要是利用铬与碳的亲合力比铁强，具有从铁中获得碳原子的能力，铬的原子直径较大，渗入杆中造成晶格畸变，表面能升高，但由于与碳亲和力比铁强，与碳形成碳化物，可使晶格畸变减少，表面能降低，使金属原子能不断“渗入”，形成金属碳化物渗层，而且钢铁表面有碳化物形成后，也阻碍金属原子进一步渗入，但在较高温度下，钢铁中晶格空隙较大，渗入的金属原子动能大，金属原子也较容易进入基体金属中，在渗入金属向内扩散和基体碳原子向外扩散的双向扩散作用下，渗层厚度比较低温度下渗金属渗层厚度显著增加。在对杆件感应加热渗铬后，将工件降温预冷至高于Ar₁或Ar₃温度（810～830）℃直接淬火，然后在（160～200）℃±20℃，回火2～3小时。

降温或出炉预冷的目的是：减少淬火内应力，从而减少杆件变形；降低奥氏体中的碳含量，使淬火后残留的奥氏体减少，以提高抽油杆表面硬度。此外，直接淬火还可减少加热和冷却次数，使操作简化，生产效率提高，还可减少淬火变形及表面氧化脱碳。

有益效果：本申请的抽油杆表面处理采用感应加热渗铬并热处理工艺，经该工艺处理的抽油杆，杆的表面实现了不锈钢化，其耐蚀性、耐磨性、疲劳强度、热硬性和抗高温氧化性都大大提高，最终达到防腐延寿的目的。该专利技术含量高，创新点突出，产业化推广应用空间巨大，经济效益十分可观。

附图说明

图1是35CrMo抽油杆渗铬后（淬火及低温回火处理)金相组织图。

图2是显微硬度压痕图。

图3是硬度梯度曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

一种抽油杆表面合金化高综合性能改性处理工艺，其具体步骤如下：

1、对抽油杆工件表面进行喷砂除锈及酸洗的处理，达到表面无油、无锈；

2、按照重量百分比计算，取95％铬粉、1％氯化铵及4％氯化铁，用水解硅酸乙酯制成膏剂，涂覆于工件表面，涂层厚度为0.25mm；干燥后，在氩气保护下，高频电流感应加热到1200℃，保温2分钟；

3、将抽油杆降温预冷至820℃淬火，水冷；

4、加热至180℃，回火2.5h，空冷至室温。

经过上述制作工艺得到的抽油杆， 其组织结构如图1所示：自表面及心部，近表层组织为针状马氏体、铬铁碳化物及少量残留奥氏体；心部主要为残留奥氏体、贝氏体及少量铁素体。其中铬铁碳化物及马氏体具有高的强度和硬度，同时碳化物还可以显著提高工件耐磨性及抗咬合性，与前二者相比，残留奥氏体强度、硬度较低，塑性、韧性较高，因而组织中有一定数量的残留奥氏体，能起到对外力缓冲和使应力分部均匀的作用，增加疲劳裂纹形成和扩展中遇到的阻力，提高钢的断裂韧度。

我们还对经本申请的工艺处理过的抽油杆进行了硬度实验，其结果如图2及图3所示：用硬度法测定渗铬碳淬火后的有效硬化层，图2中黑色棱形即是显微硬度压痕，图3为硬度变化情况，从曲线上测得有效硬化层DC9.802/550/0.72mm。从图3中的硬度梯度曲线可以看出，从杆的表部至心部，硬度呈递减趋势，综上所述，经此感应加热渗铬并热处理后的抽油杆达到了表面改性的目的。具有合金化硬化层的抽油杆的耐蚀性、耐磨性、疲劳强度、热硬性和抗高温氧化等性能皆大大提高，抽油杆表面的不锈钢化，达到了外硬内韧的目的，具有优良的综合性能。