專利名稱：一種抽油光桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種抽油光桿。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)井一直以來都是國(guó)內(nèi)外油田的主要采油方式，隨著當(dāng)前深油井、稠油井和 高含水井的不斷增多，抽油光桿的作用和性能日漸重要。然而，抽油光桿的實(shí)際工作環(huán)境卻 十分惡劣，不僅要承受日益加大的載荷，而且要在油井產(chǎn)出液和大氣等環(huán)境中被腐蝕。研 究發(fā)現(xiàn)，90%的光桿斷裂在光桿卡子下方，而光桿卡子下方的斷裂100%屬于疲勞斷裂。因 此，目前的抽油光桿必須在抗疲勞性和耐腐蝕性兩方面不斷提高，以滿足不斷惡劣的服役 環(huán)境。當(dāng)前對(duì)抽油光桿的改進(jìn)有兩個(gè)方面一是提高普通光桿的耐腐蝕性能，如在普通 鉻鉬等D級(jí)合金抽油光桿表面增加耐蝕性能良好的鎳基合金涂層，開發(fā)具有優(yōu)異耐蝕性能 的合金光桿。二是提高抽油光桿的承載能力，如通過采用工藝或材料型超高強(qiáng)度用鋼，分別 形成工藝型和材料型超高強(qiáng)度抽油桿。但是，高強(qiáng)度并不等于高抗疲勞性能，目前所用的鋼 材在抗疲勞性能方面均有不同程度的欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高抗疲勞性能和高耐腐蝕性的抽油光桿。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種抽油光桿，由一抽油光桿基體和噴焊于抽油光桿基體表面的鎳基合金涂 層構(gòu)成，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0. 12% 0. 20%，硅 0. 50% 1. 60%, 110. 50% 1. 10%，磷彡 0. 025%，硫彡 0. 025%，鉻 + 鎳 + 鉬彡 1. 50%,
余量為鐵。所述抽油光桿基體的化學(xué)成分的較佳的重量百分含量為碳0. 12%，硅1. 1%，錳 0. 8%，磷 0. 022%，硫 0. 023%，鉻 1. 3%，鎳 0. 25，鉬 0. 4，余量為鐵。所述抽油光桿基體的化學(xué)成分的另一較佳的重量百分含量為碳0. 18%，硅 0. 8%，錳 0. 8%，磷 0. 018%，硫 0. 023%，鉻 2. 0%，鎳 0. 15，鉬 0. 3，余量為鐵。所述抽油光桿基體的化學(xué)成分的再一較佳的重量百分含量為碳0. 18%，硅 0. 8%，錳 0. 8%，磷 0. 018%，硫 0. 023%，鉻 2. 0%，鎳 0. 15，鉬 0. 3，余量為鐵。所述鎳基合金涂層位于抽油光桿的中部，鎳基合金涂層的兩端距抽油光桿兩端的 距離分別為IOOmm 800mm。所述鎳基合金涂層的厚度為0. IOmm 0. 25mm。所述鎳基合金涂層的化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳< 0. 30%，硅2. 0% 4.0%，硼1.5% 2.5%，鉻5.0% 10. 0%，鐵彡8.0%，余量為鎳。所述抽油光桿的制備方法，步驟為(1)按照抽油光桿基體的配方將原料在轉(zhuǎn)爐中冶煉，將鋼液澆注成鋼錠，軋制成圓鋼，剪成9m定尺，空冷至室溫，得到合金棒材；(2)將合金鋼棒材冷拔到抽油光桿標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度9. Hm，校直，將桿體一端進(jìn)行鐓粗， 然后兩端車螺紋，得到抽油光桿毛坯；(3)對(duì)抽油光桿毛坯的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化， 然后使用氧乙炔火焰噴涂的方法在抽油光桿基體的中部表面距離抽油光桿基體兩端各 IOOmm 800mm處噴焊一層厚度在0. 30mm 0. 50mm的鎳基合金涂層，噴涂后使用中頻感應(yīng) 加熱進(jìn)行重熔使涂層與基體形成冶金結(jié)合；(4)對(duì)抽油光桿表面噴涂的鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，最后對(duì)鎳基合金涂層 表面拋光，使鎳基合金涂層厚度在0. IOmm 0. 25mm范圍內(nèi)。一種抽油光桿用鋼，化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0. 12% 0.20%，硅 0. 50% 1. 60%,Mo. 50% 1. 10%，磷彡 0. 025%，硫彡 0. 025%，鉻 + 鎳 + 鉬彡 1. 50%,
余量為鐵。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明抽油光桿所用的鋼材具有很好的綜合力學(xué)性能，高抗疲勞性，且成本低于 目前大規(guī)模應(yīng)用的抽油桿用鋼20CrMo，因此選用其制作本發(fā)明抽油光桿的基體，保證了本 發(fā)明抽油光桿的抗疲勞性和較低的成本。而鎳基合金是一種防腐耐蝕性能極佳的材料，在 抽油光桿基體表面噴焊鎳基合金涂層，使得抽油光桿的耐腐蝕性能得到顯著提高。兼顧了 抗疲勞性和耐蝕性能兩方面，可以很好的滿足油田日益惡劣的環(huán)境要求。


圖1為本發(fā)明抽油光桿的剖面結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示結(jié)構(gòu)的抽油光桿，它由一抽油光桿基體1和噴焊于抽油光桿基體表面 的鎳基合金涂層5兩部分構(gòu)成，抽油光桿基體1是一柔性長(zhǎng)桿，其兩端有可與抽油桿接箍連 接的外螺紋2、3，在抽油光桿基體1的一端臨近外螺紋處有鐓粗部4 ；鎳基合金涂層5位于 抽油光桿的中部，鎳基合金涂層5的兩端距抽油光桿兩端的距離各為IOOmm 800mm，鎳基 合金涂層5的厚度為0. IOmm 0. 25mm,鎳基合金涂層5的化學(xué)成分及重量百分含量分別 為碳彡 0. 30%，硅 2. 0% 4. 0%，硼 1. 5% 2. 5%，鉻 5. 0% 10. 0%，鐵彡 8. 0%，余量 為鎳。抽油光桿基體1的化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0. 12% 0.20%，硅 0. 50% 1. 60%, 110. 50% 1. 10%，磷彡 0. 025%，硫彡 0. 025%，鉻 + 鎳 + 鉬彡 1. 50%,
余量為鐵。本發(fā)明對(duì)于抽油光桿所用鋼材的各元素及其百分比進(jìn)行了改進(jìn)，使得抽油光桿具 有更好的力學(xué)性能，并兼顧成本，其原理概述如下碳本發(fā)明中的AOC合金抗疲勞抽油光桿用鋼金相組織主要是貝氏體、鐵素體和 少量的殘余奧氏體，組織中沒有碳化物相得存在，從而避免碳化物對(duì)貝氏體鋼力學(xué)性能的 惡性作用，從而改善貝氏體剛的力學(xué)性能，因此碳的含量不宜過高，本發(fā)明中碳含量控制在 0. 12% 0. 20%的范圍內(nèi)。
錳錳元素主要通過固溶強(qiáng)化作用，增加貝氏體、鐵素體基體的固溶碳含量來提高 基體強(qiáng)度；此外錳還能夠有效推遲高溫轉(zhuǎn)變。本發(fā)明中錳含量控制在0. 50% 1. 10%范圍 內(nèi)。硅硅元素可以強(qiáng)烈阻礙碳化物的形成，使鋼在貝氏體相變過程中不析出(或者 極少析出)碳化物。此外，硅也是提高屈服強(qiáng)度的主要元素。但是過量的硅加入又會(huì)降低 基體塑性。本發(fā)明中硅的含量控制在0.50% 1.60%范圍內(nèi)。鉻鉻元素可以提高鋼的淬透性，而且可以使鋼在冷卻過程的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝 氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分離，有利于形成貝氏體。鎳少量的鎳元素和錳元素結(jié)合起來使鋼易生成貝氏體組織。鉬鉬元素因?yàn)槟軌蛴行七t高溫轉(zhuǎn)變而又幾乎不會(huì)影響貝氏體轉(zhuǎn)變，因此鉬是 貝氏體非調(diào)制鋼常用的合金元素。綜合以上考慮，本發(fā)明中把三者含量鉻+鎳+鉬彡1.50%。本發(fā)明抽油光桿的制作步驟如下(1)低合金鋼棒材制備按照桿體基體配方在轉(zhuǎn)爐中冶煉，將鋼液澆注成560kg的 鋼錠；經(jīng)過Φ650χ1和Φ650χ3軋機(jī)軋制成65x6^c65mm的方坯后，再由Φ400χ1和Φ250χ5 連軋機(jī)軋制成Φ30圓鋼，剪成9m定尺，空冷至室溫。(2)抽油光桿毛坯的制備將獲得的低合金鋼棒材用冷拔機(jī)冷拔到抽油光桿標(biāo)準(zhǔn) 長(zhǎng)度9. Hm，再利用抽油桿校直機(jī)校直；將桿體一端利用液壓雙缸鐓粗機(jī)進(jìn)行一端鐓粗，然 后兩端車螺紋。(3)抽油光桿表面涂層制備先對(duì)抽油光桿基體的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛 坯表面除銹、粗化和活化；然后使用氧乙炔火焰噴涂的方法在抽油光桿基體的中部表面距 離抽油光桿基體兩端各IOOmm 800mm處噴焊一層厚度在0. 30mm 0. 50mm的鎳基合金涂 層；噴涂后使用中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行重熔使涂層與基體形成冶金結(jié)合。(4)對(duì)抽油光桿表面噴涂的鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，最后對(duì)鎳基合金涂層 表面拋光，使鎳基合金涂層厚度在0. IOmm 0. 25mm范圍內(nèi)。實(shí)施例一一種抽油光桿，由一抽油光桿基體和噴焊于抽油光桿基體表面的鎳基合金涂層構(gòu) 成，所述基體的化學(xué)成分及重量百分含量為碳0. 12<%，硅1.1%，錳0.8(%，磷0. 022%，硫
0.023%，鉻 1. 3%,Il 0. 25，鉬 0. 4，余量為鐵。實(shí)施例二一種抽油光桿，其基體的化學(xué)成分及重量百分含量為碳0.20%，硅1.5%，錳
1.0%，磷 0. 020%，硫 0. 022%，鉻 0. 8%，鎳 0. 33，鉬 0. 6，余量為鐵。實(shí)施例三一種抽油光桿，其基體的化學(xué)成分及重量百分含量為碳0. 18%，硅0.8%，錳 0. 8%，磷 0. 018%，硫 0. 023%，鉻 2. 0%，鎳 0. 15，鉬 0. 3，余量為鐵。實(shí)施例四在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采用MTS810. 15型疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)以上三個(gè)實(shí)施例中的抽油光桿 和普通抽油光桿基體OOCrMo抽油光桿)進(jìn)行了拉伸和疲勞性能評(píng)價(jià)，疲勞性能試驗(yàn)采用 高應(yīng)力(700MPa)加速實(shí)驗(yàn)條件，具體結(jié)果如下表所示。
表 權(quán)利要求
1.一種抽油光桿，由一抽油光桿基體和噴焊于抽油光桿基體表面的鎳基合金涂層 構(gòu)成，其特征在于，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0. 12% 0. 20%，硅 0. 50% 1. 60%,Mo. 50% 1. 10%，磷彡 0. 025%，硫彡 0. 025%，鉻 + 鎳 + 鉬 彡1.50%，余量為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的抽油光桿，其特征在于，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量 百分含量分別為碳0. 12 %，硅1. 1 %，錳0. 8 %，磷0. 022 %，硫0. 023 %，鉻1. 3 %，鎳0. 25， 鉬0.4，余量為鐵。
3.如權(quán)利要求1所述的抽油光桿，其特征在于，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量 百分含量分別為碳0. 18%，硅0.8%，錳0.8%，磷0. 018%，硫0. 023%，鉻2. 0%，鎳0. 15， 鉬0.3，余量為鐵。
4.如權(quán)利要求1所述的抽油光桿，其特征在于，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量 百分含量分別為碳0. 18%，硅0.8%，錳0.8%，磷0. 018%，硫0. 023%，鉻2. 0%，鎳0. 15， 鉬0.3，余量為鐵。
5.如權(quán)利要求1至4所述的抽油光桿，其特征在于，所述鎳基合金涂層位于抽油光桿的 中部，鎳基合金涂層的兩端距抽油光桿兩端的距離分別為IOOmm 800mm。
6.如權(quán)利要求1至4所述的抽油光桿，其特征在于，所述鎳基合金涂層的厚度為 0. IOmm 0. 25mm0
7.如權(quán)利要求1至4所述的抽油光桿，其特征在于，所述鎳基合金涂層的化學(xué)成分及重 量百分含量分別為碳彡0. 30%，硅2.0% 4.0%，硼1.5% 2.5%，鉻5.0% 10.0%， 鐵< 8.0%，余量為鎳。
8.權(quán)利要求1所述抽油光桿的制備方法，其特征在于，步驟為(1)按照抽油光桿基體的配方將原料在轉(zhuǎn)爐中冶煉，將鋼液澆注成鋼錠，軋制成圓鋼， 剪成9m定尺，空冷至室溫，得到合金棒材；(2)將合金鋼棒材冷拔到抽油光桿標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度9.Hm，校直，將桿體一端進(jìn)行鐓粗，然后 兩端車螺紋，得到抽油光桿毛坯；(3)對(duì)抽油光桿毛坯的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化，然后使 用氧乙炔火焰噴涂的方法在抽油光桿基體的中部表面距離抽油光桿基體兩端各IOOmm 800mm處噴焊一層厚度在0. 30mm 0. 50mm的鎳基合金涂層，噴涂后使用中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行 重熔使涂層與基體形成冶金結(jié)合；(4)對(duì)抽油光桿表面噴涂的鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，最后對(duì)鎳基合金涂層表面 拋光，使鎳基合金涂層厚度在0. IOmm 0. 25mm范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述鎳基合金涂層的化學(xué)成分及重量 百分含量分別為碳彡0. 30%，硅2.0% 4.0%，硼1.5% 2.5%，鉻5.0% 10. 0%，鐵 彡8.0%，余量為鎳。
10.一種抽油光桿用鋼，其特征在于，化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0. 12% 0. 20%，硅 0. 50% 1.60%，錳0. 50% 1. 10%，磷彡 0. 025%，硫彡 0. 025%，鉻 + 鎳 + 鉬 彡1.50%，余量為鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抽油光桿。本發(fā)明的抽油光桿由一抽油光桿基體和噴焊于抽油光桿基體表面的鎳基合金涂層構(gòu)成，所述抽油光桿基體的化學(xué)成分及重量百分含量分別為碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，錳0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，鉻+鎳+鉬≥1.50％，余量為鐵。本發(fā)明的抽油光桿具有較佳的綜合力學(xué)性能，兼顧高強(qiáng)度、高拉伸性及高抗疲勞性。通過在鋼材表面噴焊鎳基合金涂層，還提高了耐腐蝕性能，使制得的合金光桿可以很好地滿足油田日漸苛刻的高載荷和腐蝕的服役環(huán)境。
文檔編號(hào)C22C38/34GK102061891SQ20091023807
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者于海, 吳振寧, 吳秀田, 楊云霞, 高海軍 申請(qǐng)人:安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司