本發明涉及鋼鐵行業中的一種合金結構鋼，具體涉及一種高強度、耐腐蝕抽油桿用鋼及其生產方法，屬于油田用鋼
技術領域：
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背景技術：
：隨著石油開采工礦環境的日益復雜，大量油田的h2s、cl-含量逐年升高，開采工具長期工作在腐蝕性環境中，由于受到油質腐蝕，導致抽油桿斷裂事故頻發，給油田造成了較大經濟損失，大大增加了石油生產成本。普通抽油桿主要采用20—42crmo系列鋼種制作而成，已不能滿足在這種腐蝕性工礦油田的開采任務。技術實現要素：為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種不僅力學性能和疲勞性能優良，而且還具有優良的耐腐蝕性能的抽油桿用鋼，以及該鋼的生產方法。為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：一種高強度耐腐蝕抽油桿用鋼，其特征在于，以質量百分比計，前述鋼的化學成分如下：si：0.15％～0.25％，mn：1.8％～2.5％，ni：2.0％～2.4％，cr：11.00％～11.50％，mo：0.40％～0.60％，cu：0.20％～0.35％，al:0.010％～0.025％,ti：0.10％～5(c％-0.02)％，c≤0.055％，p≤0.025％，s≤0.010％，[n]：0.015％～0.025％，余量為fe及不可避免的雜質。一種高強度耐腐蝕抽油桿用鋼的生產方法，其特征在于，按前述組分的質量百分比計，包括以下步驟：一、冶煉：采用eaf冶煉+vod+lf精煉，精煉渣目標成分以質量百分比計，具體如下：cao：45％～50％，sio2：25％～35％，al2o3：10％～15％，mg0：3％～6％，堿度r：2.0～2.5；二、鋼錠澆鑄：采用下注法澆鑄，鋼液相線1495℃，過熱度控制在50±5℃，澆鑄鋼錠；三、鋼錠退火：按780±10℃進行鋼錠退火；四、鋼坯鍛制：鋼錠先升溫至700℃并保溫2h，然后升溫至1000℃并保溫2h，再升溫至1160℃～1190℃并保溫4h，然后出爐鍛造，鋼錠開鍛溫度≥1100℃，終鍛溫度控制在900℃以上，制成鋼坯；五、棒材軋制：使用步進式加熱爐加熱，入爐溫度不超過650℃，預熱段溫度控制在850℃～980℃，加熱1段溫度控制在960℃～1100℃，加熱2段溫度控制在1120℃～1180℃，均熱段溫度控制在1170±10℃，加熱時間4h～6h，然后出爐軋制，產材總壓縮比控制在6.0以上；六、鋼材退火：產材定尺切割后打捆入保溫坑緩冷并及時退火。前述的生產方法，其特征在于，在步驟二中，澆鑄的同時采取ar氣保護澆鑄措施。前述的生產方法，其特征在于，在步驟四中，鋼錠先以不大于100℃/h的速度升溫至700℃，然后以不大于150℃/h的速度升溫至1000℃，再以不大于100℃/h的速度升溫至1160℃～1190℃。前述的生產方法，其特征在于，在步驟四中，采用10噸電液錘鍛制規格為220mm×220mm的方形鋼坯。前述的生產方法，其特征在于，在步驟五中，前述步進式加熱爐以不大于100℃/h的速度升溫。前述的生產方法，其特征在于，在步驟六中，退火使用連續式退火爐，退火溫度控制在780℃±10℃，輥速控制在3.0m/h～3.5m/h。本發明的有益之處在于：通過對化學成分的優化設計(例如：將c含量控制在0.06％以下以保證鋼材良好的耐蝕性、將cr含量控制在11％～12％以提高鋼材在氧化性介質中的優良耐蝕性、將ni含量控制在2.0％～2.4％以改善鋼材的力學性能以及在還原性介質中的耐蝕性和耐氣蝕性能、將mo含量控制在0.40％～0.60％以改善鋼材的強度和硬度以及耐蝕性、將cu含量控制在0.20％～0.35％以提高鋼材的強度以及改善鋼材在還原性介質中的耐蝕性)，我們開發出了具有高強度、耐腐蝕性能的抽油桿用鋼，填補了該領域的國內空白，滿足了油田腐蝕環境采油對耐腐蝕抽油桿的需求，對油田的安全穩定生產、提高生產效率、降低開采成本會產生顯著效果，對石油開采產業的長遠發展具有重要意義。具體實施方式以下結合具體實施例對本發明作具體的介紹。一、設計鋼材的化學成分表1化學成分單位：wt％本發明的不銹鋼屬于微合金化的低碳馬氏體鉻鎳不銹鋼，其成分設計要點說明如下：(1)c含量控制在0.06％以下，以保證本發明的不銹鋼具有良好的耐蝕性；(2)cr含量控制在11％～12％，以提高本發明的不銹鋼在氧化性介質中的優良耐蝕性；(3)ni含量控制在2.0％～2.4％，以改善本發明的不銹鋼在還原性介質中的耐蝕性和耐氣蝕性能，另外，還可以進一步提高鋼材淬透性、保證鋼中較低的δ-鐵素體含量，改善本發明的不銹鋼的力學性能，尤其是改善韌性；(4)mo含量控制在0.40％～0.60％，除了能改善鋼材的耐蝕性外，主要是用以提高鋼材的強度和硬度，增加鋼材回火穩定性，保證在較低c含量下，鋼材仍具有高的強度；(5)cu的含量控制在0.20％～0.35％，以改善鋼材在還原性介質中的耐蝕性，另外，適量的cu可以進一步提高鋼材的強度；(6)mn：保證本發明的鋼材具有極低的δ-鐵素體含量，部分代替ni達到節ni的目的；(7)ti用以改善鋼材的耐晶間腐蝕性能，ti含量按5(c％-0.02)％～0.25％進行控制；(8)s易在氯化物溶液中形成點腐蝕，降低鋼材的耐蝕性，所以應控制在極低水平(≤0.010％)；(9)al含量控制在較低水平，可保證馬氏體鉻鎳不銹鋼極低的δ-鐵素體含量及淬火后的完全馬氏體組織。二、生產方法本發明的高強度耐腐蝕抽油桿用鋼的生產方法，按上述組分的質量百分比計，包括以下步驟：1、冶煉電爐冶煉采用eaf冶煉+vod+lf精煉。(1)配料原料由低磷碳結返回切頭、低磷高碳鉻鐵、鎳板、鉬鐵、鈦鐵和銅板組成，為控制鋼水氣體含量，渣料及合金必須進行烘烤以去除水分，鋼鐵料不能有銹蝕。(2)電爐冶煉電爐的爐殼必須是前期，電爐熔清取樣全分析(包括殘余元素)要求p≤0.015％，并且殘余五害元素滿足要求。鋼液溫度≥1600℃，吹氧脫碳并調整成分。用sicaal粉還原渣中cr，還原時間≥10min。(3)vod合vod罐后，定氧槍高度1000mm(可適當提高至1100mm)；抽真空，當真空度達100×133.3pa(可適當提高至150×133.3pa)時開始吹氧，氧氣壓力0.60mpa～0.65mpa，氬氣壓力0.2mpa～0.4mpa。真空度顯著下降，停氧時先抬槍后停氧，停氧后進入極真空,極真空期間罐內真空度≤133pa，極真空時間10min(可適當延長至20min)。(4)lf精煉破真空開罐后，加入鐵合金、渣料及脫氧劑，加入的量具體如下：cao：20kg/t～25kg/t；caf2：2kg/t～4kg/t；fe-si粉、al粉：總量0.5kg/t～2.0kg/t；fe-si塊：4kg/t～8kg/t；鋁錠+鋁線：2kg/t～3kg/t。精煉渣目標成分以質量百分比計，具體如下：cao：45％～50％，sio2：25％～35％，al2o3：10％～15％，mg0：3％～6％，堿度r：2.0～2.5。取樣滿足內控成分要求后開始吹氮氣，吹氮結束后弱氬攪拌，攪拌時間≥20min。要求[o]≤30ppm，[n]150ppm～250ppm。2、鋼錠澆鑄采用下注法澆鑄，鋼液相線1495℃，過熱度控制50±5℃，澆鑄溫度控制在1545℃±5℃，澆鑄錠型2650kg鋼錠。澆鑄的同時，采取ar氣保護澆鑄措施，3、鋼錠退火按780±10℃進行鋼錠退火。4、鋼坯鍛制鋼錠先以不大于100℃/h的速度(本實施例選用的升溫速度為100℃/h)升溫至700℃并保溫2h，然后以不大于150℃/h的速度(本實施例選用的升溫速度為150℃/h)升溫至1000℃并保溫2h，再以不大于100℃/h的速度(本實施例選用的升溫速度為100℃/h)升溫至1160℃～1190℃并保溫4h，然后出爐鍛造，采用10噸電液錘作為開坯設備，鋼錠開鍛溫度≥1100℃，終鍛溫度控制在900℃以上，制成規格為220mm×220mm的方形鋼坯，鋼坯尺寸偏差：-10mm～+5mm，長度控制在5300mm～5900mm。5、棒材軋制采用步進式加熱爐加熱，以不大于100℃/h的速度(本實施例選用的升溫速度為100℃/h)升溫，入爐溫度不超過650℃，預熱段溫度控制在850℃～980℃，加熱1段溫度控制在960℃～1100℃，加熱2段溫度控制在1120℃～1180℃，均熱段溫度控制在1170±10℃，加熱時間4h(可適當延長至6h)，然后出爐軋制，得到規格分別為φ22mm、φ25mm的兩種棒材。產材總壓縮比控制在6.0以上。6、鋼材退火產材定尺切割后打捆入保溫坑緩冷并及時退火，退火使用連續式退火爐，退火溫度控制在780℃±10℃，輥速控制在3.0m/h～3.5m/h。鋼材退火工藝具體如下：表2鋼材退火工藝三、棒材檢測1、化學成分檢測經檢測，我們軋制生產得到的小規格鋼材的化學成分如下：表3實測鋼材的化學成分單位：wt％2、低倍組織檢驗在酸浸低倍組織試片上，我們沒有看到肉眼可見的縮孔、夾雜、裂紋、氣泡和白點等缺陷，低倍組織按gb/t1979-2001評級圖評定，級別如下：表4低倍組織單位/級規格中心疏松一般疏松方框偏析φ22mm1.01.01.0φ25mm1.01.01.03、非金屬夾雜物檢測按標準gb/t10561進行非金屬夾雜物檢測，檢測結果如下：表5非金屬夾雜物單位/級4、晶粒度檢測實際晶粒度均為7級。5、力學性能熱處理工藝：淬火：960℃/空冷—回火：560℃/油冷。力學性能檢測數據如下：表6力學性能調質后硬度：291hbw～298hbw。屈強比：0.85～0.87。6、超聲波探傷鋼材采用gb/t4162-2008標準探傷，鋼材質量達到a級。7、抗疲勞性能抗疲勞性能檢測結果如下：表7抗疲勞性能σ0.1循環周次406mpa≥1×106次，1000000次未斷8、抗腐蝕性能抗腐蝕性能檢測結果如下：表8抗腐蝕性能由此可見，本發明通過對鋼材化學成分的優化設計，最終開發出了具有高強度、耐腐蝕性能的抽油桿用鋼，該鋼材完全能夠滿足油田腐蝕環境采油對耐腐蝕抽油桿的需求，對油田的安全穩定生產、提高生產效率、降低開采成本會產生顯著效果，對石油開采產業的長遠發展具有重要意義。需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。當前第1頁12