CN101921962A - 一种d级抽油杆钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种D级抽油杆钢及其生产方法。其钢种化学成分为(重量百分比)：C：0.22-0.29％；Cr：≤1.03％；Mn：0.90-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.04-0.12％；Alt：0.015-0.050％；其余组份为Fe及不可避免的杂质。本发明解决了传统D级抽油杆钢主要选用价格昂贵的合金钢或高组份合金钢材质，产品生产及应用成本高的问题。该材质钢种通过采用转炉→连铸→连轧生产，解决了传统的电炉开坯、轧材，消耗能源高、生产工艺复杂、产品质量及加工应用工艺不稳定的问题。

Description

一种D级抽油杆钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种抽油杆用合金结构钢及其生产方法，特别适用于生产D级抽油杆用钢。

背景技术

D级抽油杆钢是目前国内外石油行业机械提升开采作业中，使用比例最大的消耗类钢材。材料主要选用价格相对昂贵的合金元素或高组份合金进行生产制造，产品生产和应用成本高。此系列钢种原主要通过电炉+铸锭+开坯+二火轧制工艺进行生产，消耗能源高、生产工艺复杂、产品质量控制不稳定。其中：调质类型的CrMo系钢种含有必须的价格昂贵的Mo元素生产成本较高；非调质类型钢主要为贝氏体钢，为获得空冷贝氏体组织，需加入较高含量的合金元素，总量通常在3.0％以上，并且为使抽油杆组织均匀，都需在锻制端头特殊形状后进行常化正火处理，材料的总体生产成本也比较高，并且在使用过程中产品性能方面的工艺控制难度较大，使用效果欠佳，目前还未出现能大面积推广使用的此类产品。

发明内容

为有效解决以上两类问题，分析了石油行业的D级抽油杆技术要求，并对照目前行业发展工艺装备特点，提出了一种低成本高性能的D级抽油杆钢及其生产制造方法。产品牌号：SSYD-1、SSYD-1A。该产品摒弃了价格昂贵的合金元素，采用低成本合金元素Mn、Cr，并采用微合金化工艺进行生产，有效降低了生产及应用成本。

为实现发明目的本发明提供一种D级抽油杆钢及其生产方法，该钢种的化学成分为(重量百分比)：

C：0.22-0.29％；Cr：≤1.03％；Mn：0.90-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.04-0.12％；Alt：0.015-0.050％；其余组份为Fe及不可避免的杂质。

SSYD-1：C：0.22-0.29％；Cr：≤0.30％；Mn：1.31-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.06-0.12％；Alt：0.015-0.050％。

SSYD-1A：C：0.22-0.27％；Cr：0.81-1.03％；Mn：0.90-1.00％；Si：0.21-0.35％；V：0.04-0.08％；Alt：0.015-0.050％。

生产D级抽油杆钢的方法，采用高炉铁水→转炉冶炼→炉外精炼→全保护连铸→步进式加热→无扭连轧→控轧控冷→定尺剪切→分切精整。

①炼钢控制：当铁水S＞0.050％，进行铁水脱硫，目标S按≤0.020％控制；终点碳控制目标：0.04-0.12％；挡渣出钢；

②脱氧造渣：首先用钢芯铝脱氧0.4-0.6kg/t，然后渣面加铝粒30-50kg斤；精炼喂Al线2.5-3.0m/t；造渣使用合成渣，15min内造渣结束，TFe＜1.0％。

③微合金化：加钒铁进行微合金化，按成分要求定量加入，钒吸收率为90％。

④精炼控制：夹杂物变性处理，喂Ca-Si线(线径Φ13mm)0.8-1.0m/t；精炼弱吹氩时间10-20min，流量30-50L/min；

⑤连铸控制：钢包转台底吹氩，压力0.2-0.4MPa，流量30-50L/min，时间8-10min。采用全保护浇铸，结晶器电磁搅拌，铸坯拉速：180mm方坯1.3-1.6m/min，160mm方坯1.6-1.9m/min，中包钢水过热度15-30℃的范围；

⑥钢坯冷却控制：铸坯避风堆冷≥8小时；

⑦轧制控制：开轧温度：980℃～1020℃；高压水除磷，除磷压力大于18MPa；终轧温度：φ14～33mm 850～900℃。

本发明的有益效果是，

1、产品成分摒弃了价格昂贵的Mo元素和高组份合金，选用相对廉价的少量Mn、Cr及微合金化元素V，降低了生产及应用成本；

2、采用转炉冶炼、炉外精炼、Al脱氧、微合金化、大方坯全保护浇注、控轧控冷方式、碳化物辊环、分切精整等工艺技术进行生产。解决了采用电炉工艺开坯、轧材，生产成本高，钢厂和用户效益差、产品质量及加工应用工艺不稳定的问题。

具体实施方式：

1、产品成份范围：

SSYD-1：C：0.22-0.29％；Cr：≤0.30％；Mn：1.31-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.06-0.12％；Alt：0.015-0.050％。其余为Fe及不可避免的残余元素。

SSYD-1A：C：0.22-0.29％；Cr：≤0.30％；Mn：1.31-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.06-0.12％；Alt：0.015-0.050％。其余为Fe及不可避免的残余元素。

2、生产工艺

该钢种生产工艺流程为：高炉铁水脱硫→转炉冶炼→挡渣出钢→炉外精炼：包括LF炉、Al脱氧、微合金强化、夹杂物处理→全保护浇注，包括：180mm方连铸坯、电磁搅拌、低过热度、自动配水、高液面浇注→避风堆冷→步进式加热炉→高压水除鳞→高刚度无扭连轧，包括：脱头轧制、控制轧制、碳化钨辊环、大辊缝调整、激光测径→轧后弱穿水→定尺剪切→表面检查→端头分切→矫直探伤→包装入库。

炼钢工艺特点：当铁水S＞0.050％，进行铁水脱硫，目标S按≤0.020％控制；终点碳按0.06-0.12％控制，挡渣出钢；加钢芯铝脱氧0.4-0.6kg/t，渣面加铝粒30-50kg；采用硅锰合金配Si，目标0.25％，不足Mn采用高碳锰铁配加，目标Mn：1.25％；加钒铁进行微合金化，按成分要求定量加入，钒吸收率为90％；LF炉精炼钢水喂Al线2.5-3.0m/t；根据过程样，使用钢芯铝调整铝含量，保结束铝含量达到0.028-0.040％；夹杂物变性处理，喂Ca-Si线，线径Φ13mm，0.8-1.0m/t；精炼弱吹氩时间≥10分钟，弱吹氩流量30-50L/min，以渣面微动，不见钢水为宜；钢包转台底吹氩，压力0.2-0.4MPa，流量30-50L/min，时间8-10min；采用全保护浇铸，结晶器电磁搅拌，铸坯拉速：180mm方坯1.3-1.6m/min，160mm方坯1.6-1.9m/min，中包钢水过热度15-30℃的范围；正常浇注，保持高液面浇注，过程液面≥650mm。铸坯避风堆冷，≥8小时发坯。

轧钢工艺特点：步进式加热炉加热，高压水除磷，除磷压力大于18MPa，开轧温度：980℃～1020℃；同根钢坯温差按≯20℃；碳化钨辊环轧制。终轧温度：φ14～33mm 850～900℃。轧后进行弱穿水，降低轧材表面温度，降低划伤深度，同时减少二次氧化铁皮的生成。产品分段剪切后，分切精整后入库待发。

3、产品质量水平及开发实例

本发明D级抽油杆钢及通过该发明技术工艺生产的产品各项指标均全面满足YB/T054-1994标准和国内外客户的技术要求。产品实物质量达到国际先进水平。

材料力学性能检验(标准试样)相应的调质处理工艺制度如下：1、淬火温度880℃±15℃，保温1小时后，进行(油或水)淬火；2、回火温度500℃±50℃，保温1小时后，进行水冷至室温。

产品试制推广应用期间，分别于2005年10月、2007年11月分阶段进行并通过了行业疲劳寿命测试。采用此工艺生产的产品截止本稿拟稿时已进行了超过782炉钢的生产，产品生产总产量已达12万吨以上，产品应用遍布国内外各大油田，发挥着巨大的社会和经济效益。

产品实物质量状况，具体实例如下：

表1：材料化学成分实例(SSYD-1)                        单位：％

表2：材料化学成分实例(SSYD-1A)                       单位：％

表3：SSYD-1、SSYD-1A抽油杆钢材料疲劳检测报告        单位：％

采用本专利的技术效果：

1、该D级抽油杆钢，不含贵重元素，生产成本低，产品性能比高，得到了油田用户的普遍认可。

2、采用该生产工艺生产的D级抽油杆钢，通过采用Al脱氧、V微合金化、全保护浇铸、铸坯高压水除磷、180/160mm方坯无扭控轧控冷、专用碳化钨辊环、轧后弱穿水、分切精整等工艺控制方法，能够稳定生产出的满足行业标准要求的D级抽油杆钢。

3、牌号为：SSYD-1、SSYD-1A，产品规格为φ14～φ35mm。通过该生产工艺生产的材料材质优良、尺寸精度高、表面质量好。各项指标均满足YB/T054-1994及国内外客户对材料的验收标准要求。产品热处理力学性能指标统计范围：SSYD-1屈服强度为780～1260Mpa；抗拉强度为885～1290Mpa；延伸率为12.5-20.0％；面缩率为55.0～69.0％；冲击功为81～195J。SSYD-1A屈服强度为845～1260Mpa；抗拉强度为895～1310Mpa；延伸率为12.0-19.0％；面缩率为53.5～85.0％；冲击功为81～196J。

Claims (5)

1.一种D级抽油杆钢，其特征在于：该钢的化学成分(重量百分比)为：C：0.22-0.29％；Cr：≤1.03％；Mn：0.90-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.04-0.12％；Alt：0.015-0.050％；其余组份为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的D级抽油杆钢，其特征在于：SSYD-1：C：0.22-0.29％；Cr：≤0.30％；Mn：1.31-1.60％；Si：0.21-0.37％；V：0.06-0.12％：Alt：0.015-0.050％。

3.如权利要求1所述的D级抽油杆钢，其特征在于：SSYD-1A：C：0.22-0.27％；Cr：0.81-1.03％；Mn：0.90-1.00％；Si：0.21-0.35％；V：0.04-0.08％；Alt：0.015-0.050％。

4.生产如权利要求1所述的D级抽油杆钢的方法，其特征在于：高炉铁水→转炉冶炼→炉外精炼→全保护连铸→步进式加热→无扭连轧→控轧控冷→定尺剪切→分切精整。

5.如权利要求4中所述的D级抽油杆钢的生产方法，其特征在于：

①炼钢控制：当铁水S＞0.050％，进行铁水脱硫，目标S按≤0.020％控制；终点碳控制目标：0.04-0.12％；挡渣出钢；

②脱氧造渣：首先用钢芯铝脱氧0.4-0.6kg/t，然后渣面加铝粒30-50kg斤；精炼喂Al线2.5-3.0m/t；造渣使用合成渣，15min内造渣结束，TFe＜1.0％；

③微合金化：加钒铁进行微合金化，按成分要求定量加入，钒吸收率为90％；

④精炼控制：夹杂物变性处理，喂Ca-Si线0.8-1.0m/t；精炼弱吹氩时间10-20min，流量30-50L/min；

⑤连铸控制：钢包转台底吹氩，压力0.2-0.4MPa，流量30-50L/min，时间8-10min。采用全保护浇铸，结晶器电磁搅拌，铸坯拉速：180mm方坯1.3-1.6m/min，160mm方坯1.6-1.9m/min，中包钢水过热度15-30℃的范围；

⑥钢坯冷却控制：铸坯避风堆冷≥8小时；

⑦轧制控制：开轧温度：980℃～1020℃；高压水除磷，除磷压力大于18MPa；终轧温度：φ14～33mm 850～900℃。