專利名稱：：一種免熱處理超細(xì)晶d級(jí)抽油桿用鋼及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明型涉及一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼及生產(chǎn)方法，屬結(jié)構(gòu)鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景抽油桿是油田深井汲油的關(guān)鍵部件。為滿足井深增加、產(chǎn)量擴(kuò)張，對(duì)抽油桿用材料日益提高的要求，開發(fā)了玻璃鋼、不銹鋼、碳素纖維、貝氏體鋼等新型材料。目前，普遍應(yīng)用的為D級(jí)抽油桿鋼，在D級(jí)桿(Os》600MPa，ob》800MPa，S2。?！?2，o-,》340MPa)的制造過程中，主要使用20CrMo熱處理鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后制成成品。為滿足熱處理工藝條件要求，提高淬透性和回火穩(wěn)定性，該品種含有貴重的合金元素，生產(chǎn)成本高，工藝復(fù)雜，熱處理過程中容易造成廢品，浪費(fèi)能源。幾年前，某鋼鐵公司曾開發(fā)了30MnSiV鐵素體珠光體型D級(jí)抽油桿用鋼，由于免去了熱處理工序，深受抽油桿制造廠家的歡迎，被稱為真正材料型用鋼。但該鋼主要通過合金元素的固溶強(qiáng)化以及V的沉淀強(qiáng)化，兩種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)疲勞強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，因沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度較低，實(shí)際使用中多次發(fā)生脫斷桿事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，現(xiàn)基本已經(jīng)退出市場?；诂F(xiàn)狀，油田行業(yè)迫切期望新的材料型抽油桿用鋼的開發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷而提供一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼及生產(chǎn)方法，該產(chǎn)品通過優(yōu)化成分及生產(chǎn)方法，獲取超細(xì)晶鐵素體珠光體型組織，提高了鋼的強(qiáng)度和韌性，進(jìn)而替代抽油桿用熱處理鋼和強(qiáng)韌性匹配不好的非調(diào)質(zhì)鋼。本發(fā)明所稱問題是以下技術(shù)方案解決的一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，特別之處是，化學(xué)成分按照重量百分比配比如下C:0.250.35%，Si:0.600.90%，Mn:1.151.35%，P:《0.025%，S:《0.025%，Nb:0.0200.035%，余量Fe。上述免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C:0.270.34%，Si:0.700.85%，Mn:1.201.34%，P:《0.020%，S:《0.020%,Nb:0.0230.033%，余量Fe。一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，特別之處是化學(xué)成分按照重量百分比配比如下C:0.270.38%，Si:0.600.90%，Mm1.351.60%，P:《0.025%，S:《0.025%，余量Fe。上述免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C:0.290.35%，Si:0.730.85%，Mn:1.401.55%，P:《0.020%，S:<0.020%，余量Fe。上述免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下抗拉強(qiáng)度Ob^800MPa，屈服強(qiáng)度Qs》600MPa，延伸率52。。>12，疲勞強(qiáng)度Oy^340MPa。上述免熱處理超細(xì)晶抽油桿用鋼的生產(chǎn)方法，它包括煉鐵、煉鋼、軋制工序，所述軋制工序的工藝參數(shù)控制如下鑄坯在加熱爐中加熱到11501200'C后，進(jìn)行粗軋、中軋和精軋,粗軋區(qū)溫度控制在10501150°C，累計(jì)壓下率大于50%，中軋區(qū)溫度控制在880950°C，中軋出來的中間坯經(jīng)水冷進(jìn)入精軋機(jī)，精軋機(jī)的開軋溫度為750800°C，精軋機(jī)的終軋溫度為65075(TC，累計(jì)壓下率大于60%，軋后冷卻速度控制在0.525°C/s。本發(fā)明的特點(diǎn)之一是提供了優(yōu)化的免熱處理超細(xì)晶抽油桿用鋼的化學(xué)成分配方，特點(diǎn)之二是針對(duì)熱變形過程，采用超細(xì)晶技術(shù)，通過形變與相變耦合的方法，合理控制形變工藝參數(shù)，誘發(fā)超細(xì)鐵素體在形變過程中析出，碳化物在變形過程中改性，最終得到超細(xì)鐵素體加珠光體組織。性能檢測表明，按照本發(fā)明化學(xué)配比和工藝參數(shù)生產(chǎn)的抽油桿鋼其力學(xué)性能指標(biāo)完全可達(dá)到D級(jí)抽油桿高強(qiáng)鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求，各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，且產(chǎn)品的韌脆轉(zhuǎn)變溫度大大降低。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了的兩種制造高強(qiáng)度抽油桿用鋼配方，采用中碳、高錳，或添加微量合金元素Nb。這兩種鋼的配方中主要合金元素在鋼中作用分析如下1.Mn:Mn主要起固溶強(qiáng)化的作用，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以達(dá)到提高強(qiáng)度的同時(shí)韌性不致下降過快的目的。Mn還具有降低相變溫度的作用，有助于晶粒細(xì)化，所以Mn是不可缺少的元素。但其含量過多時(shí)，會(huì)使相變溫度下降過多，組織中將出現(xiàn)貝氏體，降低韌性。本發(fā)明的兩個(gè)方案中其一C0.250.35%，Mn1.151.35%，Nb0.0200.035%;其二C0.270.38%，Mn1.351.60%，通過合理控制碳、錳含量，再加上采用超細(xì)晶技術(shù)進(jìn)行軋制，使強(qiáng)度和韌性保持良好的匹配。2.Nb:Nb也是微量合金元素，添加Nb是本發(fā)明其中一個(gè)配方的重要改進(jìn)。O)對(duì)顯微組織的影響鈮可以細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度。未溶解的鈮的碳氮化物顆粒分布在奧氏體晶界上，可阻礙鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大；在軋制時(shí)碳氮化鈮析出延遲奧氏體的再結(jié)晶，在軋制的最后階段，促進(jìn)了扁平晶粒的變形，從而導(dǎo)致非常細(xì)的鐵素體晶粒；在Y—a相變中發(fā)生相間沉淀，形成非常細(xì)小的合金碳化物，起到沉淀強(qiáng)化作用。②對(duì)力學(xué)性能的影響低合金鋼中加入0.0050.05°/。的鈮能提高鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度，并改善其焊接性能。對(duì)錳含量較高的鋼效果更為顯著。結(jié)合控制軋制技術(shù)，使鋼的強(qiáng)度和韌性大大提高。3.Si:在煉鋼時(shí)一般作為脫氧劑，但也可作為合金元素。Si進(jìn)入鐵素體起固溶強(qiáng)化作用，可顯著提高鋼的抗拉強(qiáng)度和較小程度提高屈服強(qiáng)度，但同時(shí)在一定程度上降低鋼的韌性、塑性，Si同時(shí)增加鋼的實(shí)效敏感性，并能提高鋼的抗腐蝕能力和抗高溫氧化能力。本發(fā)明生產(chǎn)方法的特點(diǎn)體現(xiàn)在軋鋼工藝，其細(xì)化晶粒通過奧氏體的再結(jié)晶軋制、精軋的臨界奧氏體區(qū)大形變量軋制及軋后合理控制冷卻速度進(jìn)行的。但主要的細(xì)化手段是精軋的臨界奧氏體區(qū)大形變量軋制。其機(jī)理是通過粗軋階段奧氏體的再結(jié)晶首先對(duì)高溫奧氏體晶粒進(jìn)行細(xì)化；然后通過精軋的臨界奧氏體區(qū)大形變量軋制，形變誘導(dǎo)出超細(xì)的鐵素體晶粒。由于在應(yīng)力的作用下，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度升高，所以鐵素體的轉(zhuǎn)變量增加。而未轉(zhuǎn)變奧氏體的平均碳含量隨鐵素體的不斷析出而增加，但鐵素體析出時(shí)擴(kuò)散排除的碳的分布并不均勻，而是高度富集在細(xì)小的鐵素體界面和未轉(zhuǎn)變奧氏體的界面，在變形及軋后的冷卻過程中，這些富碳區(qū)析出短棒狀或顆粒狀滲碳體，使碳化物改性，最終得到超細(xì)鐵素體加珠光體組織，平均晶粒尺寸可控制在26um，從而達(dá)到提高鋼的強(qiáng)度和韌性的目的。以下提供幾個(gè)實(shí)施例-化學(xué)成分按量重量百分比配比如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明所述抽油桿用鋼，按照上述化學(xué)成分配比冶煉，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄保護(hù)澆鑄等工藝，進(jìn)入軋制工序。所述軋制工序的工藝參數(shù)控制如下鑄坯在加熱爐中加熱到1150120(TC后，進(jìn)行粗軋、中軋和精軋。粗軋區(qū)溫度控制在10501150'C，累計(jì)壓下率大于50%，以確保粗軋?jiān)趭W氏體再結(jié)晶區(qū)軋制；中軋按常規(guī)軋制進(jìn)行，中軋區(qū)溫度控制在88095CTC，中軋出來的中間坯經(jīng)水冷進(jìn)入精軋機(jī)，精軋機(jī)的開乳溫度為75080(TC，精軋機(jī)的終軋溫度為650750°C，累計(jì)壓下率大于60%，以確保精軋?jiān)谂R界奧氏體區(qū)(Ar3附近)進(jìn)行軋制；軋后冷卻速度控制在0.525°C/s。按上述工藝參數(shù)進(jìn)行軋制，最終產(chǎn)品組織為超細(xì)鐵素體加珠光體，平均晶粒尺寸為26ura。其物理性能技術(shù)指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度ob》800MPa，屈服強(qiáng)度Os》600MPa，延伸率S2。。》12，疲勞強(qiáng)度o-1>=340MPa。權(quán)利要求1.一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，其特征在于化學(xué)成分按照重量百分比配比如下C0.25～0.35％，Si0.60～0.90％，Mn1.15～1.35％，P≤0.025％，S≤0.025％，Nb0.020～0.035％，余量Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，其特征在于所述化學(xué)成分配比為C:0.270.34%，Si:0.700.85%，Mn:1.201.34%，P:《0.020%，S:《0.020%，Nb:0.0230.033%,余量Fe。3.—種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，其特征在于化學(xué)成分按照重量百分比配比如下C:0.270.38%，Si:0.600.90%，Mm1.351.60%，P:《0.025%,S:《0.025%，余量Fe。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，其特征在于所述化學(xué)成分配比為C:0.290.35%,Si:0.730,85%，Mn:1.401.55%，P:《0.020%,S:《0.020%，余量Fe。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼，其特征在于力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下抗拉強(qiáng)度Oh》800MPa，屈服強(qiáng)度0,》600MPa，延伸率5200》12，疲勞強(qiáng)度o-,》340MPa。6.—種如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼的生產(chǎn)方法，它包括煉鐵、煉鋼、軋制工序，其特征在于所述軋制工序的工藝參數(shù)控制如下鑄坯在加熱爐中加熱到11501200'C后，進(jìn)行粗軋、中軋和精軋，粗軋區(qū)溫度控制在1050H5(TC，累計(jì)壓下率大于50%，中軋區(qū)溫度控制在88095(TC，中軋出來的中間坯經(jīng)水冷進(jìn)入精軋機(jī)，精軋機(jī)的幵軋溫度為750800。C，精軋機(jī)的終軋溫度為650750。C，累計(jì)壓下率大于60%;軋后冷卻速度控制在0.525。C/s。全文摘要一種免熱處理超細(xì)晶D級(jí)抽油桿用鋼及生產(chǎn)方法，屬結(jié)構(gòu)鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
。用于解決以超細(xì)晶鐵素體珠光體型抽油桿鋼替代現(xiàn)有D級(jí)抽油桿鋼的問題。特別之處是，化學(xué)成分按照重量百分比配比如下C0.25～0.35％，Si0.60～0.90％，Mn1.15～1.35％，P≤0.025％，S≤0.025％，Nb0.020～0.035％，余量Fe?；駽0.27～0.38％，Si0.60～0.90％，Mn1.35～1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量Fe。本發(fā)明方法合理控制形變工藝參數(shù)，誘發(fā)鐵素體相變，得到超細(xì)鐵素體加珠光體組織。檢測表明，本發(fā)明各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品。文檔編號(hào)E21B17/00GK101109058SQ20071010601公開日2008年1月23日申請(qǐng)日期2007年5月29日優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日發(fā)明者馮運(yùn)莉申請(qǐng)人:河北理工大學(xué)