一种超高强度抽油杆用钢及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种超高强度抽油杆用钢及制造方法，所述抽油杆用钢包括：C：0.07～0.13wt.％、Cr：4.0～7.0wt.％、Mn：<0.50wt.％、Si：<0.50wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、V：0.05～0.15wt.％、Ti：0.01～0.03wt.％、P：<0.008wt.％、S：<0.002wt.％、Al：0.01～0.05wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；还可以含有Ni：<0.50wt.％；所述抽油杆用钢采用低成本的超洁净钢冶炼技术和正火+高温回火的热处理工艺，得到高温回火马氏体组织，并以纳米Cr、V、Mo复合纳米粒子为沉淀强化相，屈服强度达800MPa级，同时具有优于KD级抽油杆用钢20Cr2MoNiA的耐腐蚀能力，可用于制作H级超高强度耐蚀钢制抽油杆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金钢
，尤其涉及一种超高强度抽油杆用钢及制造方法。
技术介绍
随着油井的不断开发，稠油井增多，氯盐、硫化物等腐蚀介质也增多，对抽油杆强度和耐腐蚀性能也提出更高的要求，不仅要求具有超高强度，同时具有优异的耐蚀性能，尤其是耐H2S腐蚀能力。依据国标GB/T26075～2010抽油杆用圆钢，传统的屈服强度达800MPa级以上的抽油杆用钢在成分设计上Cr含量≤2.00％，主要采用Ni、Cr合金化来满足耐蚀性，其中Ni含量0.72～2.00wt％，(Cr+Ni)含量≤3.10wt.％。而这种设计成本较高且未特意控制杂质元素的含量，例如P、S等杂质元素含量的控制只要求在0.025wt.％以下，而P、S等杂质元素会降低钢的硫化物开裂能力，因此导致目前抽油杆用钢的耐蚀性不足，难以满足油井要求。此外抽油杆用钢工艺上一般采用淬火+高温回火的处理工艺，淬火和回火的冷却介质需要采用水或油，工艺成本较高。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种高强度抽油杆用钢及制造方法，制造的抽油杆用钢屈服强度达800MPa级，同时具有优异的耐腐蚀性能，制造工艺简单，总体成本较低。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术一种800MPa级超高强度抽油杆用钢，包括：C：0.07～0.13wt.％、Cr：4.0～7.0wt.％、Mn：<0.50wt.％、Si：<0.50wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、V：0.05～0.15wt.％、Ti：0.01～0.03wt.％、P：<0.008wt.％、S：<0.002wt.％、Al：0.01～0.05wt.％，Ni：<0.50wt.％，余为Fe和不可避免的杂质；所述抽油杆用钢组织为高温回火马氏体组织；所述抽油杆用钢析出强化相为纳米MC相粒子，其中所述MC中M指Cr、Mo、V中的一种或两种以上。本专利技术元素的作用及配比依据进行如下说明：碳：碳是关系强度和淬透性的重要元素之一，含量过低则强度不够；在合金含量能够保证淬透性的前提下，碳含量不宜过高，否则形成粗大渗碳体等粗大碳化物，降低塑性，降低耐硫化物应力腐蚀开裂性能，因此，本专利技术将碳含量范围定为0.07～0.13wt.％。锰：钢中脱氧元素之一，但Mn与S结合形成塑性较好的MnS，在热轧过程中拉长，容易引起硫化物腐蚀开裂。因此，为了降低MnS的形成温度以减少和细化MnS析出，本专利技术控制低锰含量在0.50wt.％以内。铬：显著提高钢的淬透性和耐蚀性，一方面弥补Mn含量减少导致淬透性的降低，另一方面保证耐腐蚀性能。添加Cr≥4.0wt％，耐蚀性有显著提高。而添加很高的Cr含量不利于合金成本控制，本专利技术钢的Cr含量范围控制为4.0～7.0wt.％。硅：钢中脱氧元素之一，但过量的Si将恶化钢的韧性，本专利技术控制硅含量在0.50wt.％以内。镍：Ni能够提高钢的耐腐蚀性能，但其价格较高，为了控制成本，本专利技术控制Ni含量在0.50wt.％以内。钼：少量的Mo与较高含量的Cr元素协同配合可以显著提高淬透性，使低碳钢在空冷条件可以获得马氏体组织；此外，Mo能够显著提高钢的回火抗力和降低回火脆性，也能提高耐蚀性，Mo含量低于0.30wt.％时不利于通过高温回火获得高强度，Mo含量超过0.60wt.％时，成本较高。因此，本专利技术将钼含量控制在0.30～0.60wt.％范围内。钒：与Mo、Cr等协同以MC相析出，具有细化奥氏体晶粒和沉淀强化作用，同时提高回火抗力和增强抗硫化物腐蚀开裂能力。本专利技术钢V含量控制在0.05～0.15wt.％范围内。钛：微Ti处理时Ti主要与N结合，从固态钢中沉淀析出，形成纳米级尺寸的TiN粒子，其主要作用是细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒。过高的Ti反而容易形成粗大的液析TiN，严重损害钢的韧塑性。过低的Ti不能形成有效数量的固析TiN，因此本专利技术将Ti含量应控制在0.01～0.03wt.％范围内。铝：铝是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用。磷：钢中杂质元素，显著降低塑韧性，也降低耐硫化物腐蚀开裂能力，本专利技术控制磷含量小于0.008wt.％。硫：钢中杂质元素，与Mn形成塑性较好的MnS，能够在轧制过程中拉长；MnS越多越大则拉长越长，越降低耐硫化物腐蚀开裂能力，也降低塑韧性，这是目前抽油杆用圆钢耐蚀性能不好、寿命短的重要原因之一。本专利技术控制硫含量控制不超过0.002wt.％以显著减少和细化MnS析出。Cr含量较高时脱硫造渣难度大，需要选择合适的渣系和严格控制冶炼工艺。本专利技术一种超高强度抽油杆用钢的制造方法，包括冶炼、连铸、轧制、热处理步骤，具体如下：(1)冶炼：采用超洁净钢冶炼技术：使用转炉冶炼钢水，底吹氮气，控制所述低吹氮气强度为0.05～0.3m3/(min·t)；分别控制冶炼前期和冶炼终点的炉渣的二元碱度、全Fe及温度；出钢采用滑板挡渣法，出钢炉渣厚度控制在30mm以下，保证钢水中磷含量小于0.008％；其中所述二元碱度为SiO2/CaO；钢水出钢后通过LF精炼进行脱硫控制：以白渣为精炼炉渣进行精炼，其中所述白渣精炼时间为15～35min；按照钢水成分原则添加相应的合金元素；然后将钢水进行喂重钙线处理；所述喂重钙线后进行软吹，其中所述软吹时间大于20min，软吹强度0.1～0.5m3/(min·t)，保证钢水中硫含量小于0.002％；(2)连铸：控制连铸过程浇注过热度为15～40℃，全程采用恒拉速、严格保护浇注，最终连铸成铸坯；(3)轧制：将所述铸坯放入加热炉中加热，加热温度为1100～1250℃，保温时间为0.5～5h，然后经两道次轧制后成圆钢，其中开轧温度1000～1180℃，第一道次压下量为20％～35％，第二道次压下量为25％～35％，保证在高温下较好的弥合铸坯缺陷和通过再结晶细化奥氏体晶粒，终轧温度800～980℃，然后空冷至室温，总压缩比≥9，充分弥合铸坯缺陷，减轻中心疏松和一般疏松；(4)热处理：将轧制后所述圆钢进行正火：温度为870～950℃，保温时间为10min～2h，冷却至室温；在此条件下可以使合金成分得到很好的固溶，且获得均匀、细小的奥氏体晶粒，正火后即使采用空冷也可获得马氏体组织；将正火后所述圆钢进行回火：温度为550～650℃，保温时间为0.5～2h，冷却至室温；在此条件下获得充分回火的马氏体组织，得到尺寸稳定的、细小的V、、Cr、Mo复合碳化物粒子。进一步地，步骤(1)中所述冶炼前期和冶炼终点的炉渣的二元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度抽油杆用钢，其特征在于，包括：C：0.07～0.13wt.％、Cr：4.0～7.0wt.％、Mn：<0.50wt.％、Si：<0.50wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、V：0.05～0.15wt.％、Ti：0.01～0.03wt.％、P：<0.008wt.％、S：<0.002wt.％、Al：0.01～0.05wt.％、Ni：<0.50wt.％，余为Fe和不可避免的杂质；所述抽油杆用钢组织为高温回火马氏体组织；所述抽油杆用钢析出强化相为纳米MC相粒子，其中所述MC中M指Cr、Mo、V中的一种或两种以上。

【技术特征摘要】
1.一种超高强度抽油杆用钢，其特征在于，包括：C：0.07～0.13wt.％、Cr：4.0～
7.0wt.％、Mn：<0.50wt.％、Si：<0.50wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、V：0.05～0.15wt.％、Ti：
0.01～0.03wt.％、P：<0.008wt.％、S：<0.002wt.％、Al：0.01～0.05wt.％、Ni：<0.50wt.％，
余为Fe和不可避免的杂质；
所述抽油杆用钢组织为高温回火马氏体组织；
所述抽油杆用钢析出强化相为纳米MC相粒子，其中所述MC中M指Cr、Mo、V中的一种或两
种以上。
2.一种如权利要求1所述超高强度抽油杆用钢的制造方法，包括冶炼、连铸、轧制和热
处理步骤，其特征在于，具体如下：
(1)冶炼：采用超洁净钢冶炼技术：使用转炉冶炼钢水，底吹氮气，控制所述低吹氮气强
度为0.05～0.3m3/(min·t)；分别控制冶炼前期和冶炼终点的炉渣的二元碱度、全Fe及温
度；出钢采用滑板挡渣法，出钢炉渣厚度控制在30mm以下，保证钢水中磷含量小于0.008％；
其中所述二元碱度为SiO2/CaO；
钢水出钢后通过LF精炼进行脱硫控制：以白渣为精炼炉渣进行精炼，其中所述白渣精
炼时间为15～35min；按照钢水成分原则添加相应的合金元素；然后将钢水进行喂重钙线处
理；所述喂重钙线后进行软吹，其中所述软吹时间大于20min，软吹强度0.1～0.5m3/(min·
t)，保证钢水中硫含量小于0.002％；
(2)连铸：控制连铸过程浇注过热度为15～40℃，全程采用恒拉速、严格保护浇注，最终
连铸成铸坯；
(3)轧制：将所述铸坯放入加热炉中加热，加热温度为1100～1250℃，保温时间为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李昭东，周世同，孙新军，韩笑晨，王鑫，雍岐龙，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，中联先进钢铁材料技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11