專(zhuān)利名稱(chēng)：非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼及制造工藝領(lǐng)域，涉及一種非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼及制造工藝。
石油系統(tǒng)采用20CrMoA等調(diào)質(zhì)鋼做為抽油桿用鋼，由于其調(diào)質(zhì)處理耗能高，之后開(kāi)發(fā)出非調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼30SiMnV(中國(guó)專(zhuān)利95111888。9公開(kāi))，其化學(xué)成分配比(按重量百分比)為C0.27％～0.35％，Si 0.90％～1.20％，Mn 1.20％～1.50％，V0.10％～0.20％，P、S≤0.035％，Cr、Ni、Cu≤0.03％其余為Fe。此后又研制出鐵素體+珠光體(F+P)型非調(diào)質(zhì)鋼做抽油桿用鋼(《大連特殊鋼》2000年第2期<非調(diào)質(zhì)抽油桿用綱的研究>)，此鋼種選用中低碳，Mn、Si在1.0％～1.4％范圍，并添加微量的V。曾向鐵嶺機(jī)械廠、大慶石油管理局機(jī)械廠及勝利油田機(jī)械廠等用戶(hù)供貨3200噸。上述非調(diào)質(zhì)鋼做抽油桿用鋼，在使用中普遍存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)機(jī)械廠對(duì)抽油桿熱鍛、切削加工，之后到油田連接緊固后使用，但在對(duì)其熱鍛區(qū)與桿體結(jié)合部(熱加工過(guò)渡區(qū))作拉伸試驗(yàn)時(shí)，熱加工過(guò)渡區(qū)的塑性指標(biāo)不穩(wěn)定、偏低，達(dá)不到D級(jí)抽油桿性能δ≥10％和φ≥50％，發(fā)生斷裂。
本發(fā)明目的在于提供一種非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼及制造工藝。此鋼局部熱鍛加工后，過(guò)渡區(qū)仍可達(dá)到D級(jí)抽油桿性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度σb793～965MPa、屈服強(qiáng)度σs≥620MPa、斷后伸長(zhǎng)率δ200≥10％、斷面收縮率φ≥50％和沖擊吸收功Ak≥47.0J。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明中的非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼化學(xué)成分配比(按重量百分比)為C 0.26％～0.35％、Mn 1.30％～1.50％、Si 0.80％～1.05％、V 0.08％～0.15％、Ti 0.02％～0.05％、Mo≤0.04％、Cr+Ni≤0.02％、Cu≤0.25％、P、S≤0.025％，其余為Fe。
本發(fā)明中的非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼按如下工藝制造電爐+LF爐→鑄錠→750軋機(jī)開(kāi)坯→探傷、修磨→高精度棒線材連軋機(jī)軋制→冷床空冷→切定尺→時(shí)效處理→成材。
在煉鋼精煉工序中加Ti-Fe，使Ti熔煉分析為0.02％～0.05％。連軋采用控軋控冷工藝加熱溫度1050℃～1080℃，終軋溫度≤900℃，冷卻速度3℃/s。時(shí)效處理200℃～600℃×6h回火。
下面具體說(shuō)明技術(shù)方案內(nèi)容碳為保證鐵素體體積百分含量在48％～52％，提高鋼的塑性，碳范圍選在0.26％～0.35％。
錳提高強(qiáng)度。通過(guò)固溶強(qiáng)化，細(xì)化晶粒提高強(qiáng)度，減小珠光體片間距，提高韌性。但錳又使“C“曲線向右移增加淬透性，超過(guò)1.5％時(shí)易產(chǎn)生貝氏體組織，在保證組織為鐵素體+珠光體的前提下錳含量盡量高，錳范圍選在1.30％～1.50％。
硅作為提高屈服強(qiáng)度(提高屈強(qiáng)比)的主要元素，其固溶強(qiáng)化效果高于錳，在鐵素體中能產(chǎn)生M-A島狀組織物，有效提高鋼的強(qiáng)度。硅含量的增加會(huì)降低塑性，特別對(duì)延伸率的降低更大。硅范圍選在0.80％～1.05％。
釩、鈦屬于微合金化元素，釩與鈦的綜合強(qiáng)化效果更顯著。加熱過(guò)程中未溶解的V、Ti(C、N)化物質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)釘扎晶界細(xì)化晶粒，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用；在軋制過(guò)程中，通過(guò)形變誘導(dǎo)，析出V、Ti(C、N)化物沉淀在晶界和位錯(cuò)上，釘扎作用防止位錯(cuò)移動(dòng)提高強(qiáng)度，防止再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大提高韌性，達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼水平。釩范圍選在0.08％～0.15％。
重點(diǎn)說(shuō)明鈦在鋼的二次加熱中的作用。抽油桿桿體在二次加熱鍛造時(shí)，鍛造區(qū)與桿體部分過(guò)渡區(qū)受二次加熱的影響，珠光體-鐵素體及沉淀物重新熔入奧氏體，高溫下奧氏體趨向粗化。受鍛造變形、晶粒破碎的影響，變形奧氏體將發(fā)生再結(jié)晶(這一過(guò)程與軋制的終軋與冷卻過(guò)程相似)，因此鍛造區(qū)的晶粒不會(huì)顯著長(zhǎng)大。而過(guò)渡區(qū)變形很小或不變形，無(wú)法實(shí)現(xiàn)奧氏體的再結(jié)晶，而保留較大的奧氏體晶粒，并在隨后的轉(zhuǎn)變中形成粗大的珠光體+鐵素體晶粒。這正是導(dǎo)致過(guò)渡區(qū)塑性降低的原因。阻止奧氏體粗化的有效辦法是提高奧氏體粗化溫度。元素Ti就可以有效地阻止奧氏體長(zhǎng)大，并降低鋼中固溶C、N的含量，使其奧氏體粗化溫度提高到1150℃以上。所以添加適量的Ti可解決過(guò)渡區(qū)性能問(wèn)題。因二次加熱度一般在1100℃左右，所以過(guò)渡區(qū)冷卻后其晶粒與桿體基本一致，保持其高性能不變。根據(jù)上述理由，鈦范圍選在0.02％～0.05％。
鉻鎳鉬在此鋼中屬于有害元素。因?yàn)槠湓黾愉摰拇阃感?，特別與錳結(jié)合起來(lái)的作用，使鋼易產(chǎn)生貝氏體組織。一般Mn+Cr+Ni+Mo≥1.60％，在≥0.5℃/s冷速下，很容易出現(xiàn)貝氏體，對(duì)鉻、鎳和鉬要求越低越好。鉬≤0.04％、鉻+鎳≤0.02％、銅≤0.25％。硫、磷≤0.025％。
本發(fā)明非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼制造工藝主要特點(diǎn)是1)在煉鋼LF爐精煉工序中加入Ti-Fe；2)在軋制工序中①控制加熱溫度1050℃～1080℃。使合金元素固溶、避免奧氏體晶粒粗化和鐵素體量減少及網(wǎng)狀化，保證塑韌性。②終軋溫度≤900℃。終軋溫度高易發(fā)生再結(jié)晶迅速長(zhǎng)大，且不易發(fā)生形變誘導(dǎo)析出。棒線材連軋屬升溫軋制，有效控制終軋溫度斷后伸長(zhǎng)率(200mm標(biāo)距)可提高2％～3％。③冷卻速度，特別是在800℃～500℃之間的冷卻速度，對(duì)析出物的顆粒大小、數(shù)量及對(duì)珠光體相對(duì)量和片間距都有相當(dāng)影響。最佳冷速為3℃/s。
3)時(shí)效處理，熱軋后鋼的斷面收縮率較低，經(jīng)自然時(shí)效有所上升，但需經(jīng)幾個(gè)月的時(shí)間。為盡快達(dá)到真實(shí)性能，采用低溫回火，加速時(shí)效。處理工藝為200℃～600℃×6h回火，斷面收縮率可上升20％～35％。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)第一，性能可靠，可保證鋼在其局部熱鍛加工后，過(guò)渡區(qū)性能仍與桿體保持一致，仍可達(dá)到D級(jí)抽油桿性能指標(biāo)，疲勞壽命在100萬(wàn)次以上。
第二，熱軋材經(jīng)低溫回火時(shí)效，可快速有效提高塑性和韌性，而強(qiáng)度基本不變，鋼材不需矯直。
第三，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本鋼種不僅具有非調(diào)質(zhì)鋼合金含量低、生產(chǎn)成本低優(yōu)點(diǎn)，并且減少加工損失、矯直費(fèi)用以及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例按本發(fā)明化學(xué)成分配比配料兩爐。在30t電爐粗煉，去p，偏心爐底出鋼；LF爐鋼包精煉，加C-Si粉擴(kuò)散脫氧、加Ti-Fe，使Ti熔煉分析達(dá)到0.02％～0.05％；澆鑄成3.0t錠紅轉(zhuǎn)，750軋機(jī)開(kāi)坯150方坯，可控步進(jìn)爐各加熱到1060℃、1080℃，在高速合金鋼棒線材連軋機(jī)上軋制成∮19mm、∮22mm等尺材，終軋前采用水冷，終軋溫度各為870℃、890℃，后經(jīng)回火時(shí)效處理，處理制度各為290℃×2h、310℃×2h。
其性能分別達(dá)到σb880MPa、σs660MPa、δ20017％、φ56％和Ak64J。
σb930MPa、σs700MPa、δ20016％、φ55％和Ak68J。
非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼(D408)已向有關(guān)用戶(hù)供貨1700噸使用效果很好。
權(quán)利要求
1一種非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼，其特征在于化學(xué)成分(重量百分比)范圍如下C 0.26％～0.35％、Mn 1.30％～1.50％、Si 0.80％～1.05％、V 0.08％～0.15％、Ti 0.02％～0.05％、Mo≤0.04％、Cr+Ni≤0.02％、Cu≤0.25％、S、P≤0.025％其余為Fe。
2權(quán)利要求1所述非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼的制造工藝，其特征在于按C 0.26％～0.35％、Mn 1.30％～1.50％、Si 0.80％～1.05％、V 0.08％～0.15％、Ti 0.02％～0.05％、Mo≤0.04％、Cr+Ni≤0.02％、Cu≤0.25％、S、P≤0.025％其余為Fe的化學(xué)成分配料進(jìn)行電爐粗煉+LF爐精煉→鑄錠→開(kāi)坯→軋制→高精度棒線材連軋機(jī)軋制→時(shí)效處理→成材。
3根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造工藝，其特征在于在LF爐鋼包精煉工序中，向鋼液加Ti-Fe，使熔煉分析Ti為0.02％～0.05％。
4根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造工藝，其特征在于在軋制工序中加熱溫度1050℃～1080℃，終軋溫度≤900℃。
5根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造工藝，其特征在于時(shí)效處理制度為200℃～600℃×6h回火。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼及制造工藝領(lǐng)域,具體涉及一種非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼及制造工藝,本鋼用于制造抽油桿。該鋼化學(xué)成分(按重量百分比)范圍為:C 0.26%～0.35%、Mn 1.30%～1.50%、Si 0.80%～1.05%、V 0.08%～0.15%、Ti 0.02%～0.05%、Mo≤0.04%、Cr+Ni≤0.02%、Cu≤0.25%、P、S≤0.025%,其余為Fe。本非調(diào)質(zhì)抽油桿用鋼制造工藝,按上述化學(xué)成分配料進(jìn)行電爐粗煉+LF爐精煉→鑄錠→開(kāi)坯→軋制→高精度棒線材連軋機(jī)軋制→時(shí)效處理→成材。本鋼不僅具有非調(diào)質(zhì)鋼優(yōu)點(diǎn),而且對(duì)使用中熱加工所形成的過(guò)渡區(qū),其力學(xué)性能仍可達(dá)到D級(jí)抽油桿性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK1366090SQ0110609
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月17日
發(fā)明者唐開(kāi)明, 張宇, 杜金凱 申請(qǐng)人:大連鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司