CN115889451A - 双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢及其生产方法，其中双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，准备合金结构钢和不锈钢管，其中不锈钢管比合金结构钢短100mm以上，将合金结构钢伸入不锈钢管，其中合金结构钢一端伸入不锈钢管5mm～10mm、另一端露出不锈钢管100mm以上；合金结构钢和不锈钢管通过真空净界面组坯方式形成双金属钢坯，再对双金属钢坯进行加热及轧制，得到双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。真空净界面组成的双金属钢坯在轧钢高温和形变应力作用下发生塑性变形和金属扩散，形成冶金结合。

Description

双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属材料及石油开采设备技术领域，具体而言，涉及双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢及其生产方法。

背景技术

抽油杆是油田抽油系统中的主要组成部分，它起着连接抽油机和抽油泵并传递动力的作用，是油田“三抽设备”之一。因油井液中不但有原油，还有矿化度高的水、盐分、二氧化碳和硫化氢等腐蚀介质，这些腐蚀介质会显著降低抽油杆使用寿命，使腐蚀疲劳断裂成为抽油杆失效断裂的主要原因。现行提高抽油杆防腐性能和寿命的方法有改变抽油杆材质，表面涂镀层强化，改变井液介质降低井液腐蚀力，牺牲阳极和电流阴极保护法降低腐蚀等，但这些方法都还不能满足石油开采行业对抽油杆长寿命的要求。

现行抽油杆用钢材质是合金结构钢，主要通过调整钢的合金成分元素或配比来改善钢的耐腐蚀疲劳性能，还不能满足石油开采行业对抽油杆长寿命的要求，虽然公开有不锈钢覆层抽油杆技术，但还没有不锈钢覆层抽油杆用钢材的制造方法，且具体的生产方式、方法不同，得到的抽油杆加工用钢材的品质或加工效率有很大区别。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法和双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法得到的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，准备合金结构钢和不锈钢管，其中不锈钢管比合金结构钢短100mm以上，将合金结构钢伸入不锈钢管，其中合金结构钢一端伸入不锈钢管5mm～10mm、另一端露出不锈钢管100mm以上；合金结构钢和不锈钢管通过真空净界面组坯方式形成双金属钢坯，再对双金属钢坯进行加热及轧制，得到双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

在可选的实施方式中，所述合金结构钢为含Mn、Cr、Ni、Mo和V中至少两种元素的圆钢或连铸圆钢坯；所述不锈钢管为Cr-Ni系奥氏体不锈钢、Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的至少一种。

在可选的实施方式中，所述真空净界面组坯包括：

先焊接密封合金结构钢伸入不锈钢管端双金属的间隙，再在该端部焊接一块直径与不锈钢管外径相同的圆饼状钢板，对不锈钢管进行二次密封；

对合金结构钢露出不锈钢管的一端沿周向进行四等分，先焊接对称两等分间隙，然后对余下间隙空间进行抽真空至真空度小于10Pa，在该真空状态下焊接所述余下间隙。

在可选的实施方式中，所述双金属钢坯直径160mm～170mm，钢坯以合金结构钢有裸露端为轧制咬入端装入加热炉，所述加热步骤包括预热段、加热段和均热段；

所述预热段升温速度不大于12℃/min，温度不高于650℃；加热段温度为1120℃～1230℃；均热段温度为1120℃～1180℃；所述预热段、加热段和均热段总加热时间不少于120min。

在可选的实施方式中，所述轧制步骤中，轧机装备及布置方式为：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架，粗轧机至精轧机架为平、立交替布置，KOCKS轧机为正Y、倒Y交替布置；粗轧第6架轧机与中轧轧机间隔50m～55m，粗轧机组与中轧机组不形成连续轧制，采用脱头轧制方式。

在可选的实施方式中，粗轧至KOCKS轧机道次顺序依次为第1道次至第24道次，第1道次至第4道次粗轧孔型均为箱型孔，第5道次至第20道次孔型为椭圆-圆交替布置。

在可选的实施方式中，所述粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却。

在可选的实施方式中，粗轧第1和第2道次空过不压下，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合；和/或中轧第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

在可选的实施方式中，第6道次、第12道次、第16道次、第20道次和第24道次后均配置有飞剪，飞剪编号依次为1号、2号、3号、4号和5号；

所述1号飞剪不切头，所述2号飞剪切除头部基材没有套管部分，切头总长度为0.6m～0.8m。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式任意一项所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法得到的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，由内而外包括合金结构钢芯材、双金属扩散层和不锈钢层，所述合金结构钢芯材直径16mm～33mm，所述双金属扩散层厚度40～70μm，所述不锈钢层厚度0.7mm～1.0mm。

本发明具有以下有益效果：

双金属芯部基材圆钢坯和不锈钢管通过真空净界面组坯技术形成双金属钢坯，双金属钢坯在轧钢高温和形变应力作用下发生塑性变形和金属扩散，形成冶金结合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1得到的成品双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢体视显微结构；

图2为实施例1得到的成品双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢500倍显微结构；

图3为实施例1得到的成品双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢100倍显微结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实施例提供一种双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，准备合金结构钢和不锈钢管，其中不锈钢管比合金结构钢短100mm以上，将合金结构钢伸入不锈钢管，其中合金结构钢一端伸入不锈钢管5mm～10mm、另一端露出不锈钢管100mm以上；合金结构钢和不锈钢管通过真空净界面组坯方式形成双金属钢坯，再对双金属钢坯进行加热及轧制，得到双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

不锈钢管长度比合金结构钢短100mm以上，在一些实施例中优选为100～200mm，短的原因是因不锈钢管表面光滑，轧制过程轧件易出现打滑、难咬入，圆钢坯保留100mm以上不套钢管，便于轧制过程咬入。未套不锈钢管部分基材在轧制过程用飞剪切除干净。

本申请的一些实施例中，所述合金结构钢为含Mn、Cr、Ni、Mo和V中至少两种元素的圆钢或连铸圆钢坯；所述不锈钢管为Cr-Ni系奥氏体不锈钢、Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的至少一种。

组成双金属钢坯的合金结构钢作为基材，可以选择含Mn、Cr、Ni、Mo、V、两种或两种以上合金元素组成的合金结构钢，钢种依据终端用户制备的抽油杆级别而定，如K级抽油杆用20Ni2MoA、23Ni2MoVA等，KD级抽油杆选用23NiCrMoVA、25NiMnCrMoVA等，HL型抽油杆选用25NiMnCrMoVA、35CrMoA、42CrMoA等。基材原料为轧制圆钢也可为连铸圆钢坯(统称圆钢坯)，圆钢坯外形及尺寸要求：弯曲度每米小于1.3mm、总弯曲度小于0.13％，以防止圆钢套入不锈钢管时卡阻，依据组坯过程圆钢坯套入不锈钢管采用过盈配合方式，圆钢坯直径比不锈钢管内径小0.5mm～1.0mm。

组成双金属钢坯外层的不锈钢管为耐腐蚀性好的Cr-Ni系或Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢或双相不锈钢，如022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2、022Cr23Ni5Mo3N等材质不锈钢。不锈钢管外形及尺寸要求：壁厚6mm～10mm，实际壁厚应依据成品圆钢不锈钢覆层厚度≥0.7mm和轧制总变形量确定。

本申请的一些实施例中，所述真空净界面组坯包括：

先焊接密封合金结构钢伸入不锈钢管端双金属的间隙，再在该端部焊接一块直径与不锈钢管外径相同的圆饼状钢板，对不锈钢管进行二次密封；

对合金结构钢露出不锈钢管的一端沿周向进行四等分，先焊接对称两等分间隙，然后对余下间隙空间进行抽真空至真空度小于10Pa，在该真空状态下焊接所述余下间隙。

采用真空净界面组坯需准备若干块厚度为5mm～8mm、直径与不锈钢管外径相同的圆饼状钢板。

圆钢坯组坯前需进行表面清理和清洗：先用剥皮和打磨装置去除表面的氧化铁皮和可能存在的裂纹、结疤、折叠及夹杂等缺陷，表面修磨深度为0.5mm～1.5mm，当基材用轧制圆钢时，表面修磨深度为0.5mm～1.0mm；用连铸圆钢坯时，表面修磨深度为1.0mm～1.5mm，修磨后用丙酮清洗表面油污、锈蚀等粘附物。不锈钢管也用丙酮清洗内表面的粘附物。

清理和清洗后的圆钢坯用推杆装置套入不锈钢管内，圆钢坯与不锈钢管两端对齐方法：一端圆钢坯伸进不锈钢管5mm～10mm，一端圆钢坯露出100mm以上不套管。套入后用等离子电子束焊接工艺先焊接密封套圆钢坯伸进不锈钢管端，再把圆饼状钢板盖在端部，进行第二次焊接密封，再焊接圆钢坯另一端，该端圆钢与套管结合圆周间隙大致分成四等分，焊接圆心对称的两等分间隙，焊接后坯料移至抽真空装置内，真空装置密封后抽真空，在真空度小于10Pa状态下焊接密封结合部余下间隙。

组合的双金属钢坯，为便于辨识两端，基材有裸露端用油漆做好标识。

本申请的一些实施例中，所述双金属钢坯直径160mm～170mm，钢坯以合金结构钢有裸露端为轧制咬入端装入加热炉，所述加热步骤包括预热段、加热段和均热段；

所述预热段升温速度不大于12℃/min，温度不高于650℃；加热段温度为1120℃～1230℃；均热段温度为1120℃～1180℃；所述预热段、加热段和均热段总加热时间不少于120min。

钢坯加热方法：加热炉分为三段，分别为预热段、加热段和均热段。因合金钢基材和外套不锈钢化学成分差别大，导致基材比不锈钢管的导热系数高1～2倍，且基材与不锈钢管之间存在间隙，加热过程不但要防止双金属钢坯升温快局部受热不均匀导致基材与不锈钢的间隙扩大，而且要促进基材与不锈钢界面结合。双金属钢坯加热方法为：预热段升温速度要慢，加热和均热段时间足够长。

本申请的一些实施例中，所述轧制步骤中，轧机装备及布置方式为：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架，粗轧机至精轧机架为平、立交替布置，KOCKS轧机为正Y、倒Y交替布置；粗轧第6架轧机与中轧轧机间隔50m～55m，粗轧机组与中轧机组不形成连续轧制，采用脱头轧制方式。

KOCKS轧机特点是宽展小、变形效率高、变形均匀，可显著提高产品尺寸控制精度，圆钢外形尺寸公差可控制在±0.10mm范围。

本实施例中，加热炉与粗轧第1架轧机之间可以配置有钢坯高压水除磷装置。轧制时高压水除鳞关闭，防止高温双金属钢坯急冷导致基材与不锈钢间隙扩展。

本申请的一些实施例中，粗轧至KOCKS轧机道次顺序依次为第1道次至第24道次，第1道次至第4道次粗轧孔型均为箱型孔，第5道次至第20道次孔型为椭圆-圆交替布置。

本申请的一些实施例中，所述粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，以防止爆头，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却，防止粗轧过程冷却速度过快不锈钢层鼓泡和分层。

本申请的一些实施例中，粗轧第1和第2道次空过不压下，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合；和/或中轧第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

因基材合金钢和套管不锈钢的变形抗力和延伸系数差异大，且基材和套管结合面存在细小的间隙，轧制过程不锈钢层容易鼓起产生折叠。根据合金钢和不锈钢的变形抗力和延伸性能特点，轧制采用粗轧道次小变形量压合双金属界面间隙，中轧道次大变形量促进双金属界面冶金结合的形性协同轧制方法。

粗轧小变形量轧制，变形量由小到大逐道次增加。根据轧机配置、双金属钢坯断面尺寸及轧制成品直径，设定粗轧第1和第2道次空过不压下，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合。中轧采用大变形量轧制，第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

本申请的一些实施例中，第6道次、第12道次、第16道次、第20道次和第24道次后均配置有飞剪，飞剪编号依次为1号、2号、3号、4号和5号；

所述1号飞剪不切头，防止不锈钢复层圆坯在切头过程产生爆头，所述2号飞剪切除头部基材没有套管部分，切头总长度为0.6m～0.8m。

轧制得到的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢直径16mm～33mm，圆钢用矫直机逐根矫直，矫直后每米弯曲度≤2mm、总弯曲度小于0.13％。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式任意一项所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法得到的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，由内而外包括合金结构钢芯材、双金属扩散层和不锈钢层，所述合金结构钢芯材直径16mm～33mm，所述双金属扩散层厚度40～70μm，所述不锈钢层厚度0.7mm～1.0mm。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

用轧制圆钢作基材组成双金属钢坯，轧制直径22mm、定尺长度9m的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

基材：材质为42CrMoA，用炼钢生产325mm×420mm断面连铸坯，经棒轧机轧制成直径158mm、长9m的圆钢。圆钢每米弯曲度0.5mm，总弯曲度0.12％。

不锈钢套管：用022Cr17Ni12Mo2材质不锈钢无缝管，钢管长度8.75m、外径170mm、内径158mm、壁厚6mm。

准备厚度为5mm、直径为168mm圆饼状钢板若干。

先用剥皮、打磨装置去除圆钢坯表面的氧化铁皮和可能存在的裂纹、结疤、折叠及夹杂等缺陷，表面修磨深度为0.6mm，修磨后用丙酮清洗表面油污、锈蚀等粘附物。不锈钢管也用丙酮清洗内表面的粘附物。

清理和清洗后的圆钢坯用推杆装置套入不锈钢管内，圆钢坯与不锈钢管两端对齐方法：一端圆钢坯伸进不锈钢管5mm，一端圆钢坯露出245mm不套管。套入后测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.6mm，用等离子电子束焊接工艺先焊接密封套圆钢坯伸进不锈钢管端，再把圆饼状钢板盖在端部，进行第二次焊接密封，再焊接圆钢坯露端，该端圆钢与套管结合圆周间隙大致分成四等分，焊接对称两等分间隙，焊接后坯料移至抽真空装置内，真空装置密封后抽真空，在真空度小于10Pa状态下焊接密封结合部余下间隙，组成的双金属钢坯，基材有裸露端用油漆做好标识。

双金属钢坯转移到中棒材轧钢生产车间，轧钢产线加热炉为步进梁式，轧机装备及布置方式：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架。根据轧机配置和轧制圆钢直径，设定第1、第2、第19和第20架轧机空过，第24架轧机出成品。

轧制采用粗轧道次小变形量压合双金属界面间隙，中轧道次大变形量促进双金属界面冶金结合的形性协同轧制方法。粗轧小变形量轧制，变形量由小到大逐道次增加，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合。中轧采用大变形量轧制，第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

钢坯在预热段加热温度为570℃～620℃；加热段加热温度为1120℃～1180℃；均热段的加热温度为1120℃～1150℃，加热段时间为65min～80min；坯料总加热时间130min～150min，钢坯进粗轧第1架轧机入口温度为1030℃～1070℃，进中轧第1架轧机入口温度为840℃～870℃，进预精轧第1架轧机入口温度为850℃～890℃，进精轧第1架轧机入口温度为870℃～900℃，进KOCKS轧机第1架轧机入口温度为915℃～945℃，成品上冷床温度920℃～940℃。

轧制时高压水除鳞关闭，防止高温双金属钢坯急冷，基材与不锈钢间隙扩展。

粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，以防止爆头，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却，防止粗轧过程冷却速度过快不锈钢层鼓泡和分层。

1号飞剪不切头，2号飞剪切头总长度0.6m。

本实施例采用42CrMoA轧制圆钢组成的双金属钢坯轧制的直径22mm规格双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，表面无折叠，内部无分层等质量缺陷。

成品双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢在体视显微镜下显微结构如下图1，基材圆周覆盖一层不锈钢层，基圆十字对称四个点位置不锈钢覆层厚度分别为0.7mm、0.83mm、0.75mm和0.96mm。在500倍显微镜下显微结构如下图2，结合面致密、无微观间隙，结合界面原子相互扩散形成一层结合层(过渡层)，如下图3所示，结合层宽41μm～65μm。

实施例2

用轧制圆钢作基材组成双金属钢坯，轧制直径22mm、定尺长度9m的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

基材：材质为35CrMoA，用炼钢生产325mm×420mm断面连铸坯，经棒轧机轧制成直径158mm、长9m的圆钢。圆钢每米弯曲度0.6mm，总弯曲度0.11％。

不锈钢套管：用022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢无缝管，钢管长度8.8m、外径170mm、内径158mm、壁厚6mm。

准备厚度为5mm、直径为168mm圆饼状钢板若干。

先用剥皮、打磨装置去除圆钢坯表面的氧化铁皮和可能存在的裂纹、结疤、折叠及夹杂等缺陷，表面修磨深度为0.8mm，修磨后用丙酮清洗表面油污、锈蚀等粘附物。不锈钢管也用丙酮清洗内表面的粘附物。

清理和清洗后的圆钢坯用推杆装置套入不锈钢管内，圆钢坯与不锈钢管两端对齐方法：一端圆钢坯伸进不锈钢管5mm，一端圆钢坯露出195mm不套管。套入后测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.8mm，用等离子电子束焊接工艺先焊接密封套圆钢坯伸进不锈钢管端，再把圆饼状钢板盖在端部，进行第二次焊接密封，再焊接圆钢坯露端，该端圆钢与套管结合圆周间隙大致分成四等分，焊接对称两等分间隙，焊接后坯料移至抽真空装置内，真空装置密封后抽真空，在真空度小于10Pa状态下焊接密封结合部余下间隙，组成的双金属钢坯，基材有裸露端用油漆做好标识。

双金属钢坯转移到中棒材轧钢生产车间，轧钢产线加热炉为步进梁式，轧机装备及布置方式：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架。根据轧机配置和轧制圆钢直径，设定第1、第2、第19和第20架轧机空过，第24架轧机出成品。

轧制采用粗轧道次小变形量压合双金属界面间隙，中轧道次大变形量促进双金属界面冶金结合的形性协同轧制方法。粗轧小变形量轧制，变形量由小到大逐道次增加，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合。中轧采用大变形量轧制，第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

钢坯在预热段加热温度为580℃～635℃，加热段加热温度为1125℃～1190℃，均热段的加热温度为1120℃～1160℃，加热段时间为70min～85min，坯料总加热时间130min～150min，钢坯进粗轧第1架轧机入口温度为1040℃～1080℃，进中轧第1架轧机入口温度为850℃～880℃，进预精轧第1架轧机入口温度为860℃～900℃，进精轧第1架轧机入口温度为880℃～910℃，进KOCKS轧机第1架轧机入口温度为925℃～955℃，成品上冷床温度930℃～950℃。

轧制时高压水除鳞关闭，防止高温双金属钢坯急冷，基材与不锈钢间隙扩展。

粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，以防止爆头，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却，防止粗轧过程冷却速度过快不锈钢层鼓泡和分层。

1号飞剪不切头，2号飞剪切头总长度0.7m。

本实施例采用35CrMoA轧制圆钢、022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢无缝管组成的双金属钢坯轧制的直径22mm规格双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，表面无折叠，内部无分层等质量缺陷。

实施例3

用轧制圆钢作基材组成双金属钢坯，轧制直径25mm、定尺长度9m的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

基材：材质为35CrMoA，用炼钢生产325mm×420mm断面连铸坯，经棒轧机轧制成直径158mm、长9m的圆钢。圆钢每米弯曲度0.6mm，总弯曲度0.11％。

不锈钢套管：用022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢无缝管，钢管长度8.8m、外径170mm、内径158mm、壁厚6mm。

准备厚度为5mm、直径为168mm圆饼状钢板若干。

先用剥皮、打磨装置去除圆钢坯表面的氧化铁皮和可能存在的裂纹、结疤、折叠及夹杂等缺陷，表面修磨深度为0.6mm，修磨后用丙酮清洗表面油污、锈蚀等粘附物。不锈钢管也用丙酮清洗内表面的粘附物。

清理和清洗后的圆钢坯用推杆装置套入不锈钢管内，圆钢坯与不锈钢管两端对齐方法：一端圆钢坯伸进不锈钢管8mm，一端圆钢坯露出192mm不套管。套入后测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.7mm，用等离子电子束焊接工艺先焊接密封套圆钢坯伸进不锈钢管端，再把圆饼状钢板盖在端部，进行第二次焊接密封，再焊接圆钢坯露端，该端圆钢与套管结合圆周间隙大致分成四等分，焊接对称两等分间隙，焊接后坯料移至抽真空装置内，真空装置密封后抽真空，在真空度小于10Pa状态下焊接密封结合部余下间隙，组成的双金属钢坯，基材有裸露端用油漆做好标识。

双金属钢坯转移到中棒材轧钢生产车间，轧钢产线加热炉为步进梁式，轧机装备及布置方式：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架。根据轧机配置和轧制圆钢直径，设定第1、第2、第19、第20和第24架轧机空过，第23架轧机出成品。

轧制采用粗轧道次小变形量压合双金属界面间隙，中轧道次大变形量促进双金属界面冶金结合的形性协同轧制方法。粗轧小变形量轧制，变形量由小到大逐道次增加，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合。中轧采用大变形量轧制，第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

钢坯在预热段加热温度为600℃～640℃，加热段加热温度为1125℃～1180℃，均热段的加热温度为1125℃～1150℃，加热段时间为70min～85min，坯料总加热时间130min～150min，钢坯进粗轧第1架轧机入口温度为1045℃～1075℃，进中轧第1架轧机入口温度为840～870℃，进预精轧第1架轧机入口温度为870～900℃，进精轧第1架轧机入口温度为890℃～930℃，进KOCKS轧机第1架轧机入口温度为930℃～950℃，成品上冷床温度930℃～960℃。

轧制时高压水除鳞关闭，防止高温双金属钢坯急冷，基材与不锈钢间隙扩展。

粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，以防止爆头，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却，防止粗轧过程冷却速度过快不锈钢层鼓泡和分层。

1号飞剪不切头，2号飞剪切头总长度0.65m。

本实施例采用35CrMoA轧制圆钢、022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢无缝管组成的双金属钢坯轧制的直径25mm规格双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，表面无折叠，内部无分层等质量缺陷。

对比例1

与实施例1的区别仅在于：粗轧第1～6道次，在钢坯头部咬入后，轧制过程中开正常水量冷却，结果轧件在第5道次发生不锈钢层鼓泡现象，第6道次轧制后不锈钢层出现严重折叠，粗轧后终止轧制，轧件剔废。

对比例2

与实施例1的区别仅在于：不锈钢管长度与圆钢坯长度一样，圆钢坯套管后圆钢坯与不锈钢管两端均平齐，套管后两端均用圆饼状钢板进行第二次焊接密封。双金属钢坯经粗轧后，中轧脱头轧制，第1道次出现轧件打滑不能咬入的现象，需人工用火焰割枪对双金属钢坯头部吹扫上表面呈斜平面后，方可咬入继续轧制。

对比例3

与实施例1的区别仅在于：钢坯在预热段加热温度为700～750℃，加热段加热温度为1130℃～1180℃，均热段的加热温度为1120℃～1170℃，加热段时间为55min，坯料总加热时间110min，钢坯进粗轧第1架轧机入口温度为1035℃～1080℃，进中轧第1架轧机入口温度为845～880℃。结果因钢坯在预热段加热温度高、加热时间短，预热段、加热段和均热段总加热时间短，轧制的成品圆钢不锈钢层与基材未实现冶金结合，圆钢表面出现“耳子”。

对比例4：

与实施例1的区别仅在于：增大粗轧道次的变形量，减小中轧道次的变形量，其中，粗轧第3道次压下量为双金属钢坯直径值的10％～12％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的15％～18％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的25％～27％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的30～33％。中轧第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的25％～35％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的28％～33％。结果轧制的成品圆钢不锈钢层与基材未实现冶金结合，圆钢表面出现“耳子”。

测试例

实施例1至实施3生产的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，每个实施例各取4根试样，试样按下表1的方法进行热处理，热处理后检验拉伸和落锤冲击性能。

表1试样热处理制度

检验上述热处理试样的性能检测结果如下表2。

表1双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢力学性能

1.双金属芯部基材圆钢坯和不锈钢管通过真空净界面组坯技术形成双金属钢坯，双金属钢坯采用形性协同轧制技术，在轧钢高温和形变应力作用下发生塑性变形和金属扩散，形成冶金结合。

2.形性协同轧制方法粗轧道次小变形量工艺压合双金属界面间隙，中轧道次大变形量工艺促进双金属界面冶金结合的形性协同轧制方法，粗轧道次变形量控制在5％～23％范围，按由小到大原则逐道次增加，中轧变道次变形量控制在38％～45％，其中椭圆孔型道次变形量为40％～45％、圆孔型道次变形量为38％～40％。

3.中棒轧机中轧第1道次采用脱头轧制，组合的双金属钢坯一端基材圆钢坯应保留100mm以上，优选的100mm～200mm长不套钢管，可有效解决轧件在中轧第1道次打滑不能咬入的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，准备合金结构钢和不锈钢管，其中不锈钢管比合金结构钢短100mm以上，将合金结构钢伸入不锈钢管，其中合金结构钢一端伸入不锈钢管5mm～10mm、另一端露出不锈钢管100mm以上；合金结构钢和不锈钢管通过真空净界面组坯方式形成双金属钢坯，再对双金属钢坯进行加热及轧制，得到双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢。

2.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，所述合金结构钢为含Mn、Cr、Ni、Mo和V中至少两种元素的圆钢或连铸圆钢坯；所述不锈钢管为Cr-Ni系奥氏体不锈钢、Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢和双相不锈钢中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，所述真空净界面组坯包括：

先焊接密封合金结构钢伸入不锈钢管端双金属的间隙，再在该端部焊接一块直径与不锈钢管外径相同的圆饼状钢板，对不锈钢管进行二次密封；

对合金结构钢露出不锈钢管的端沿周向进行四等分，先焊接对称两等分间隙，然后对余下间隙空间进行抽真空至真空度小于10Pa，在该真空状态下焊接所述余下间隙。

4.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，所述双金属钢坯直径160mm～170mm，双金属钢坯以合金结构钢有裸露端为轧制咬入端装入加热炉，所述加热步骤包括预热段、加热段和均热段；

所述预热段升温速度不大于12℃/min，温度不高于650℃；加热段温度为1120℃～1230℃；均热段温度为1120℃～1180℃；所述预热段、加热段和均热段总加热时间不少于120min。

5.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，所述轧制步骤中，轧机装备及布置方式为：粗轧6机架→中轧6机架→预精轧4机架→精轧4机架→三辊KOCKS轧机4机架，粗轧机至精轧机架为平、立交替布置，KOCKS轧机为正Y、倒Y交替布置；粗轧第6架轧机与中轧轧机间隔50m～55m，粗轧机组与中轧机组不形成连续轧制，采用脱头轧制方式。

6.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，粗轧至KOCKS轧机道次顺序依次为第1道次至第24道次，第1道次至第4道次粗轧孔型均为箱型孔，第5道次至第20道次孔型为椭圆-圆交替布置；

所述双金属钢坯进粗轧第1架轧机入口温度为1030℃～1080℃，进中轧第1架轧机入口温度为840℃～880℃，进预精轧第1架轧机入口温度为850℃～900℃，进精轧第1架轧机入口温度为870℃～930℃，进KOCKS轧机第1架轧机入口温度为915℃～955℃，成品上冷床温度920℃～960℃。

7.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，所述粗轧第1～6道次轧件咬入过程不开轧辊冷却水，咬入后轧制过程中开正常水量的20％～30％冷却。

8.根据权利要求7所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，粗轧第1和第2道次空过不压下，第3道次压下量为双金属钢坯直径值的5％～7％，第4道次压下量为轧制第3道次后轧件宽度值的10％～13％，第5道次压下量为轧制第4道次后轧件宽度值的15％～17％，第6道次压下量为轧制第5道次后轧件宽度值的20～23％，粗轧后双金属界面间隙得到压合；和/或中轧第7、9、11道次压下量为前道次轧件直径值的40％～45％，第8、10、12道次压下量为前道次轧件宽度值的38％～43％。

9.根据权利要求1所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法，其特征在于，第6道次、第12道次、第16道次、第20道次和第24道次后均配置有飞剪，飞剪编号依次为1号、2号、3号、4号和5号；

所述1号飞剪不切头，所述2号飞剪切除头部基材没有套管部分，切头总长度为0.6m～0.8m。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢的生产方法得到的双金属耐腐蚀抽油杆用圆钢，其特征在于，由内而外包括合金结构钢芯材、双金属扩散层和不锈钢层，所述合金结构钢芯材直径16mm～33mm，所述双金属扩散层厚度40～70μm，所述不锈钢层厚度0.7mm～1.0mm。

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