专利名称：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勻，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
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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-IA0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 彡 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-I =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-IA :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，采用高炉铁水一转炉冶炼一炉外精炼一全保护连铸一 步进式加热一无扭连轧一控轧控冷一定尺剪切一分切精整。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. Om/1 ；造渣使用合成渣，15min内造渣结束，TFe < 1.0%o③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Φ 13mm) 0. 8-1. Om/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°C的范围；⑥钢坯冷却控制铸坯避风堆冷彡8小时；⑦轧制控制开轧温度980°C 1020°C ；高压水除磷，除磷压力大于18MPa ；终轧 温度Φ 14 33mm 850 900 °C。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MruCr 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。
具体实施例方式1、产品成份范围SSYD-I =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-IA =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一转炉冶炼一挡渣出钢一炉外精炼包括 LF炉、Al脱氧、微合金强化、夹杂物处理一全保护浇注，包括180mm方连铸坯、电磁搅拌、低 过热度、自动配水、高液面浇注一避风堆冷一步进式加热炉一高压水除鳞一高刚度无扭连 轧，包括脱头轧制、控制轧制、碳化钨辊环、大辊缝调整、激光测径一轧后弱穿水一定尺剪 切一表面检查一端头分切一矫直探伤一包装入库。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. Om/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Φ 13mm,0. 8-1. Om/t ；精炼弱吹氩时间彡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°C的范围；正常浇注，保持高液面浇注，过程液 面彡650mm。铸坯避风堆冷，彡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°C 1020°C;同根钢坯温差按氺20°C;碳化钨辊环轧制。终轧温度Φ 14 33_ 850 900°C。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
4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 8800C 士 15°C，保温1小时后，进行(油或水)淬火；2、回火温度500°C 士50°C，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-I)单位％ 表2 材料化学成分实例(SSYD-IA)单位％
表3 :SSYD-1、SSYD-IA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Φ 14 Φ 35mm。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-I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-IA屈服强度为845 1260Mpa ；抗拉强度为895 13IOMpa ；延伸 率为12. 0-19. 0% ；面缩率为53. 5 85. 0% ；冲击功为81 196J。
权利要求
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C0.22 0.29％；Cr≤1.03％；Mn0.90 1.60％；Si0.21 0.37％；V0.04 0.12％；Alt0.015 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 彡 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一转炉冶炼 —炉外精炼一全保护连铸一步进式加热一无扭连轧一控轧控冷一定尺剪切一分切精整。
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. Om/1 ；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. Om/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°C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°C 1020°C;高压水除磷，除磷压力大于ISMPa；终轧温度 Φ 14 33mm 850 900°C。
全文摘要
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)C0.22-0.29％；Cr≤1.03％；Mn0.90-1.60％；Si0.21-0.37％；V0.04-0.12％；Alt0.015-0.050％；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。
文档编号B21B37/74GK101921962SQ20101023592
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者刘岩, 刘晓岚, 刘玉新, 周德光, 周晓乐, 安树均, 张为堂, 张炳成, 易敏, 曾立, 李亚林, 李敏, 李永东, 李飞, 杨宏伟, 熊化冰, 王立峰, 许东利, 车金萍, 陈宏 申请人:首钢总公司