[发明专利]一种超高强度抽油杆用钢及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢技术领域，尤其涉及一种超高强度抽油杆用钢及制造方法。

背景技术

随着油井的不断开发，稠油井增多，氯盐、硫化物等腐蚀介质也增多，对抽油杆强度和耐腐蚀性能也提出更高的要求，不仅要求具有超高强度，同时具有优异的耐蚀性能，尤其是耐H₂S腐蚀能力。依据国标GB/T 26075～2010抽油杆用圆钢，传统的屈服强度达800MPa级以上的抽油杆用钢在成分设计上Cr含量≤2.00％，主要采用Ni、Cr合金化来满足耐蚀性，其中Ni含量0.72～2.00wt％，(Cr+Ni)含量≤3.10wt.％。而这种设计成本较高且未特意控制杂质元素的含量，例如P、S等杂质元素含量的控制只要求在0.025wt.％以下，而P、S等杂质元素会降低钢的硫化物开裂能力，因此导致目前抽油杆用钢的耐蚀性不足，难以满足油井要求。此外抽油杆用钢工艺上一般采用淬火+高温回火的处理工艺，淬火和回火的冷却介质需要采用水或油，工艺成本较高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高强度抽油杆用钢及制造方法，制造的抽油杆用钢屈服强度达800MPa级，同时具有优异的耐腐蚀性能，制造工艺简单，总体成本较低。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明一种800MPa级超高强度抽油杆用钢，包括：C：0.07～0.13wt.％、Cr：4.0～7.0wt.％、Mn：<0.50wt.％、Si：<0.50wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、V：0.05～0.15wt.％、Ti：0.01～0.03wt.％、P：<0.008wt.％、S：<0.002wt.％、Al：0.01～0.05wt.％，Ni：<0.50wt.％，余为Fe和不可避免的杂质；

所述抽油杆用钢组织为高温回火马氏体组织；

所述抽油杆用钢析出强化相为纳米MC相粒子，其中所述MC中M指Cr、Mo、V中的一种或两种以上。

本发明元素的作用及配比依据进行如下说明：

碳：碳是关系强度和淬透性的重要元素之一，含量过低则强度不够；在合金含量能够保证淬透性的前提下，碳含量不宜过高，否则形成粗大渗碳体等粗大碳化物，降低塑性，降低耐硫化物应力腐蚀开裂性能，因此，本发明将碳含量范围定为0.07～0.13wt.％。

锰：钢中脱氧元素之一，但Mn与S结合形成塑性较好的MnS，在热轧过程中拉长，容易引起硫化物腐蚀开裂。因此，为了降低MnS的形成温度以减少和细化MnS析出，本发明控制低锰含量在0.50wt.％以内。

铬：显著提高钢的淬透性和耐蚀性，一方面弥补Mn含量减少导致淬透性的降低，另一方面保证耐腐蚀性能。添加Cr≥4.0wt％，耐蚀性有显著提高。而添加很高的Cr含量不利于合金成本控制，本发明钢的Cr含量范围控制为4.0～7.0wt.％。

硅：钢中脱氧元素之一，但过量的Si将恶化钢的韧性，本发明控制硅含量在0.50wt.％以内。

镍：Ni能够提高钢的耐腐蚀性能，但其价格较高，为了控制成本，本发明控制Ni含量在0.50wt.％以内。

钼：少量的Mo与较高含量的Cr元素协同配合可以显著提高淬透性，使低碳钢在空冷条件可以获得马氏体组织；此外，Mo能够显著提高钢的回火抗力和降低回火脆性，也能提高耐蚀性，Mo含量低于0.30wt.％时不利于通过高温回火获得高强度，Mo含量超过0.60wt.％时，成本较高。因此，本发明将钼含量控制在0.30～0.60wt.％范围内。

钒：与Mo、Cr等协同以MC相析出，具有细化奥氏体晶粒和沉淀强化作用，同时提高回火抗力和增强抗硫化物腐蚀开裂能力。本发明钢V含量控制在0.05～0.15wt.％范围内。

钛：微Ti处理时Ti主要与N结合，从固态钢中沉淀析出，形成纳米级尺寸的TiN粒子，其主要作用是细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒。过高的Ti反而容易形成粗大的液析TiN，严重损害钢的韧塑性。过低的Ti不能形成有效数量的固析TiN，因此本发明将Ti含量应控制在0.01～0.03wt.％范围内。

铝：铝是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用。

磷：钢中杂质元素，显著降低塑韧性，也降低耐硫化物腐蚀开裂能力，本发明控制磷含量小于0.008wt.％。