CN1051201A - 非热处理抽油杆制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非热处理的抽油杆，所用材料为低合金钢或 含有钒、钛、铌的微合金化钢。除元素的固溶强化及 细晶强化外；还具有沉淀强化的效果。不经热处理即 可达到调质钢的性能水平。用这类钢的热轧材或冷 拔材两端加热镦粗，攻丝所制成的抽油杆不需任何热 处理，抗拉强度可达800MPa以上。简化了工艺、节 省了能源、避免了热处理废品，提高了生产效率，降低 了成本，提高了质量。

Description

本发明涉及抽油杆制造方法。用控制轧制的热轧材或冷拔材不经任何热处理工艺制造高强度的抽油杆。

在油田油井的抽油技术中，抽油杆是一种沿井向下延伸，用来传递从地面到井下深井泵的往复运动的杆件。各杆件首尾相互连接延伸到油井底部。抽油杆端部一般由热镦锻形成。也有将两个经机械加工而成的端部件和一个杆身通过螺纹联接而成为一根完整的抽油杆。使用中将各抽油杆联接起来，延伸到井底。联接方法通常有两种：一种是将抽油杆的两端加工成阳螺纹，用具有阴螺纹的接箍将相邻的抽油杆联接起来。另一种则是将抽油杆一端加工成阳螺纹，另一端加工成阴螺纹，相互联接起来。

现在的抽油杆通常采用热轧棒材制成，其步骤大致为：将坯料加热轧制成杆料，进行校直，把标准杆料的两端分别加热镦粗，在气体燃料炉或电阻炉中加热进行淬火然后再进行回火和喷丸处理，两端加工出螺纹，戴帽后油浸取出。美国专利US4478652在上述方法中将热处理工艺改为让整个杆料通过感应加热炉加热到870～900℃，进行正火处理。抽油杆的热处理，虽然能够达到机械性能要求，但由于加工工艺等因素的影响，杆料热处理后出现的变形和裂纹现象较多，而杆料表层的再次氧化直接影响到尺寸精度，从而使废品率很高、质量较差，浪费许多能源和工时，使制造成本很高。并影响油田的生产效率。

近年来，随着技术进步，也出现了不经热处理生产抽油杆的工艺。例如美国专利US4484833中介绍，用中、高碳钢冷拔材经机械加工成为抽油杆，其特点是依靠冷拔来满足强度要求。为了保持冷拔强化效果，杆料两端不能进行加热镦锻。无法加工正常的端头结构，因此必须用直径较大的冷拔钢材制成端头件。通过螺纹与杆身联接。各杆将通过端头件互相联接起来向井下延伸。这种抽油杆在杆身与端头件螺纹联接处由于应力集中而成为薄弱环节，杆身的有效直径实际仅为杆端螺纹卸荷槽处的直径，并且损失了冷拔所造成的表面强化效应，杆料的强度实际得不到充分发挥。由于联接件增多，结构复杂，杆件联接操作麻烦，冷拔强度过高也给冷加工造成困难，而碳钢的耐腐蚀性较合金钢又低。

本发明的目的在于提供一种用控制轧制的热轧材制成抽油杆的工艺中，不经任何热处理即可制成高强度抽油杆的制造方法。

抽油杆的机械性能主要靠以下因素保证：化学元素的固溶强化;热处理的组织强化;冷变形强化。通常抽油杆的制造中，杆的强化以热处理的组织强化为主。

本发明选用低合金钢或微合金化钢，将轧材坯料加热到各元素全部溶于钢的基体中的温度进行轧制。控制加热温度，终轧温度和冷却速度。使钢在轧制或锻造以后以适当的速度进行冷却，在此过程中合金元素产生固溶强化。在钢的冷却过程中微量合金元素（如钒、钛、铌）的碳氮化物弥散析出，使钢强化。在碳素钢中加入适当的合金元素。其氧、氮、碳的化合物粒子在晶界析出也有效地细化了晶粒，使钢进一步强化和提高了钢的韧性。通过以上方法提高钢的综合性能，使钢的性能达到调质钢的水平。由于根据抽油杆的性能要求进行合金元素的组合及热加工工艺的配合和控制，可以保证抽油杆的机械性能的要求。所以无需进行热处理，也不必用冷变形等方式来进行强化。因此节省了大量能源、也简化了工艺。

本发明与已有抽油杆制造技术相比具有以下特点：不需任何热处理或冷拔工艺，抗拉强度即可达到800MPa以上;杆料两端可照常加热镦粗，保持了正常抽油杆的简单结构;在加热与未加热之间的过渡段，其性能仍然满足要求;光杆的表面光洁度高，尺寸精确;节省了大量能源，简化了制造工艺、缩短了生产周期，避免了因热处理所造成的废品;降低了成本，提高了产品质量;结构复杂的其它种类的抽油杆也可采用本方法制造。

本发明的实施方案如下：本发明的非热处理方法生产的抽油杆选用低合金钢或微合金化钢制造。经试验研究确定，为了满足APID级高强度抽油杆机械性能（6b784N/mm）及降低成本的要求。在碳素钢中加入少量合金元素使钢产生固溶强化，细晶强化。为了进一步降低成本、改善性能，还可以加入微量的钒、钛、铌稀土等合金元素，使钢进一步产生沉淀强化，及晶粒细化。

在综合性能满足抽油杆使用和生产的要求以及成本低廉的条件下，非热处理抽油杆制造方法可分为以下几个步骤：

选择合适的化学元素组合的低合金或微合金化的钢，其化学成分宜为：

C  0.1～0.70%

Si  0.17～1.30%

Mn  0.3～2.50%

V  0.03～0.20%

Ti  0.01～0.10%

Nb  0.01～0.10%

Al  0～0.07%

Ni  0～3.00%

MO：0～0.50%

Cu：0～0.50%

Re：0～0.04%  B：0～0.005%

Cr：0～2.5%

P：0～0.04%

S：0～0.07%

为了得到预期的性能，将选择好的坯料加热后轧制成热轧材，需要进行控制轧制。终轧温度的降低对其性能是有利的。其热加工艺参数为：

加热温度℃  终轧温度℃  冷却速度℃/分

1050～1250  ≤1050  30～100

轧制后的杆料需经过校直机进行校直。如果是光杆（即与井口盘根配合的抽油杆，表面光洁度要求较高），须将热轧杆料进行一个道次的冷拔，以提高表面光洁度。然后校直，校直后的杆料两端分别进行加热镦粗。镦粗时加热温度控制在1050～1250℃。将加热的杆端镦粗，终锻温度控制在小于950℃，冷却速度30～100℃/分为宜。按传统工艺将锻过的杆料进行喷丸处理，然后在杆料的两端加工螺纹，戴上护帽、油浸后取出即可。

其它部件可按本发明工艺制造，也可按传统方法制造。

在轧制中，钢在适当的加热温度下，各合金元素在钢中固溶，使钢强化。其它一些元素（钒、钛、铌等）一部分固溶于钢中，另一部分以碳氮化物形式在钢的冷却过程中弥散析出，使钢进一步强化。而碳氮化物粒子在晶界上析出，也有效地阻碍了晶粒的长大，使晶粒细化。以上各种合金元素的作用都能使钢强化和晶粒细化，使钢达到调质钢的性能水平，从而得以取消热处理工序，满足抽油杆综合性能的要求。但是为了达到予期的要求，必须进行合适的钢种选择和热加工工艺的控制。

Claims (3)

1、一种抽油杆，符合API标准的D级抽油杆的技术规范，将坯料加热轧制成杆料，经过校直后再把两端分别加热镦粗，加工出螺纹并戴帽油浸，其特征在于这种非热处理抽油杆为热轧和镦锻状态，坯料选用低合金钢或微合金化钢，轧制和镦粗中控制加热温度、终轧(锻)温度和冷却速度。

2、根据权利要求1所述的抽油杆，其特征在于不经任何热处理工序、只须控制其热加工工艺的加热温度为1050-1250℃，终轧（锻）温度为800-1050℃，冷却速度为30-100℃/分。

3、根据权利要求1和2所述的抽油杆，其特征在于将光杆杆料进行一个道次的冷拔。