專利名稱：非熱處理抽油桿制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抽油桿制造方法。用控制軋制的熱軋材或冷拔材不經(jīng)任何熱處理工藝制造高強(qiáng)度的抽油桿。
在油田油井的抽油技術(shù)中，抽油桿是一種沿井向下延伸，用來傳遞從地面到井下深井泵的往復(fù)運動的桿件。各桿件首尾相互連接延伸到油井底部。抽油桿端部一般由熱鐓鍛形成。也有將兩個經(jīng)機(jī)械加工而成的端部件和一個桿身通過螺紋聯(lián)接而成為一根完整的抽油桿。使用中將各抽油桿聯(lián)接起來，延伸到井底。聯(lián)接方法通常有兩種一種是將抽油桿的兩端加工成陽螺紋，用具有陰螺紋的接箍將相鄰的抽油桿聯(lián)接起來。另一種則是將抽油桿一端加工成陽螺紋，另一端加工成陰螺紋，相互聯(lián)接起來。
現(xiàn)在的抽油桿通常采用熱軋棒材制成，其步驟大致為將坯料加熱軋制成桿料，進(jìn)行校直，把標(biāo)準(zhǔn)桿料的兩端分別加熱鐓粗，在氣體燃料爐或電阻爐中加熱進(jìn)行淬火然后再進(jìn)行回火和噴丸處理，兩端加工出螺紋，戴帽后油浸取出。美國專利US4478652在上述方法中將熱處理工藝改為讓整個桿料通過感應(yīng)加熱爐加熱到870～900℃，進(jìn)行正火處理。抽油桿的熱處理，雖然能夠達(dá)到機(jī)械性能要求，但由于加工工藝等因素的影響，桿料熱處理后出現(xiàn)的變形和裂紋現(xiàn)象較多，而桿料表層的再次氧化直接影響到尺寸精度，從而使廢品率很高、質(zhì)量較差，浪費許多能源和工時，使制造成本很高。并影響油田的生產(chǎn)效率。
近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，也出現(xiàn)了不經(jīng)熱處理生產(chǎn)抽油桿的工藝。例如美國專利US4484833中介紹，用中、高碳鋼冷拔材經(jīng)機(jī)械加工成為抽油桿，其特點是依靠冷拔來滿足強(qiáng)度要求。為了保持冷拔強(qiáng)化效果，桿料兩端不能進(jìn)行加熱鐓鍛。無法加工正常的端頭結(jié)構(gòu)，因此必須用直徑較大的冷拔鋼材制成端頭件。通過螺紋與桿身聯(lián)接。各桿將通過端頭件互相聯(lián)接起來向井下延伸。這種抽油桿在桿身與端頭件螺紋聯(lián)接處由于應(yīng)力集中而成為薄弱環(huán)節(jié)，桿身的有效直徑實際僅為桿端螺紋卸荷槽處的直徑，并且損失了冷拔所造成的表面強(qiáng)化效應(yīng)，桿料的強(qiáng)度實際得不到充分發(fā)揮。由于聯(lián)接件增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桿件聯(lián)接操作麻煩，冷拔強(qiáng)度過高也給冷加工造成困難，而碳鋼的耐腐蝕性較合金鋼又低。
本發(fā)明的目的在于提供一種用控制軋制的熱軋材制成抽油桿的工藝中，不經(jīng)任何熱處理即可制成高強(qiáng)度抽油桿的制造方法。
抽油桿的機(jī)械性能主要靠以下因素保證化學(xué)元素的固溶強(qiáng)化;熱處理的組織強(qiáng)化;冷變形強(qiáng)化。通常抽油桿的制造中，桿的強(qiáng)化以熱處理的組織強(qiáng)化為主。
本發(fā)明選用低合金鋼或微合金化鋼，將軋材坯料加熱到各元素全部溶于鋼的基體中的溫度進(jìn)行軋制。控制加熱溫度，終軋溫度和冷卻速度。使鋼在軋制或鍛造以后以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行冷卻，在此過程中合金元素產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。在鋼的冷卻過程中微量合金元素(如釩、鈦、鈮)的碳氮化物彌散析出，使鋼強(qiáng)化。在碳素鋼中加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪亍Ｆ溲?、氮、碳的化合物粒子在晶界析出也有效地?xì)化了晶粒，使鋼進(jìn)一步強(qiáng)化和提高了鋼的韌性。通過以上方法提高鋼的綜合性能，使鋼的性能達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼的水平。由于根據(jù)抽油桿的性能要求進(jìn)行合金元素的組合及熱加工工藝的配合和控制，可以保證抽油桿的機(jī)械性能的要求。所以無需進(jìn)行熱處理，也不必用冷變形等方式來進(jìn)行強(qiáng)化。因此節(jié)省了大量能源、也簡化了工藝。
本發(fā)明與已有抽油桿制造技術(shù)相比具有以下特點不需任何熱處理或冷拔工藝，抗拉強(qiáng)度即可達(dá)到800MPa以上;桿料兩端可照常加熱鐓粗，保持了正常抽油桿的簡單結(jié)構(gòu);在加熱與未加熱之間的過渡段，其性能仍然滿足要求;光桿的表面光潔度高，尺寸精確;節(jié)省了大量能源，簡化了制造工藝、縮短了生產(chǎn)周期，避免了因熱處理所造成的廢品;降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量;結(jié)構(gòu)復(fù)雜的其它種類的抽油桿也可采用本方法制造。
本發(fā)明的實施方案如下本發(fā)明的非熱處理方法生產(chǎn)的抽油桿選用低合金鋼或微合金化鋼制造。經(jīng)試驗研究確定，為了滿足APID級高強(qiáng)度抽油桿機(jī)械性能(6b784N/mm)及降低成本的要求。在碳素鋼中加入少量合金元素使鋼產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化。為了進(jìn)一步降低成本、改善性能，還可以加入微量的釩、鈦、鈮稀土等合金元素，使鋼進(jìn)一步產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，及晶粒細(xì)化。
在綜合性能滿足抽油桿使用和生產(chǎn)的要求以及成本低廉的條件下，非熱處理抽油桿制造方法可分為以下幾個步驟選擇合適的化學(xué)元素組合的低合金或微合金化的鋼，其化學(xué)成分宜為C 0.1～0.70%Si 0.17～1.30%Mn 0.3～2.50%V 0.03～0.20%Ti 0.01～0.10%Nb 0.01～0.10%Al 0～0.07%Ni 0～3.00%MO0～0.50%Cu0～0.50%
Re0～0.04% B0～0.005%Cr0～2.5%P0～0.04%S0～0.07%為了得到預(yù)期的性能，將選擇好的坯料加熱后軋制成熱軋材，需要進(jìn)行控制軋制。終軋溫度的降低對其性能是有利的。其熱加工藝參數(shù)為加熱溫度℃ 終軋溫度℃ 冷卻速度℃/分1050～1250 ≤1050 30～100軋制后的桿料需經(jīng)過校直機(jī)進(jìn)行校直。如果是光桿(即與井口盤根配合的抽油桿，表面光潔度要求較高)，須將熱軋桿料進(jìn)行一個道次的冷拔，以提高表面光潔度。然后校直，校直后的桿料兩端分別進(jìn)行加熱鐓粗。鐓粗時加熱溫度控制在1050～1250℃。將加熱的桿端鐓粗，終鍛溫度控制在小于950℃，冷卻速度30～100℃/分為宜。按傳統(tǒng)工藝將鍛過的桿料進(jìn)行噴丸處理，然后在桿料的兩端加工螺紋，戴上護(hù)帽、油浸后取出即可。
其它部件可按本發(fā)明工藝制造，也可按傳統(tǒng)方法制造。
在軋制中，鋼在適當(dāng)?shù)募訜釡囟认?，各合金元素在鋼中固溶，使鋼?qiáng)化。其它一些元素(釩、鈦、鈮等)一部分固溶于鋼中，另一部分以碳氮化物形式在鋼的冷卻過程中彌散析出，使鋼進(jìn)一步強(qiáng)化。而碳氮化物粒子在晶界上析出，也有效地阻礙了晶粒的長大，使晶粒細(xì)化。以上各種合金元素的作用都能使鋼強(qiáng)化和晶粒細(xì)化，使鋼達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼的性能水平，從而得以取消熱處理工序，滿足抽油桿綜合性能的要求。但是為了達(dá)到予期的要求，必須進(jìn)行合適的鋼種選擇和熱加工工藝的控制。
權(quán)利要求
1.一種抽油桿，符合API標(biāo)準(zhǔn)的D級抽油桿的技術(shù)規(guī)范，將坯料加熱軋制成桿料，經(jīng)過校直后再把兩端分別加熱鐓粗，加工出螺紋并戴帽油浸，其特征在于這種非熱處理抽油桿為熱軋和鐓鍛狀態(tài)，坯料選用低合金鋼或微合金化鋼，軋制和鐓粗中控制加熱溫度、終軋(鍛)溫度和冷卻速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油桿，其特征在于不經(jīng)任何熱處理工序、只須控制其熱加工工藝的加熱溫度為1050-1250℃，終軋(鍛)溫度為800-1050℃，冷卻速度為30-100℃/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的抽油桿，其特征在于將光桿桿料進(jìn)行一個道次的冷拔。
全文摘要
一種非熱處理的抽油桿，所用材料為低合金鋼或含有釩、鈦、鈮的微合金化鋼。除元素的固溶強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化外；還具有沉淀強(qiáng)化的效果。不經(jīng)熱處理即可達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼的性能水平。用這類鋼的熱軋材或冷拔材兩端加熱鐓粗，攻絲所制成的抽油桿不需任何熱處理，抗拉強(qiáng)度可達(dá)800MPa以上。簡化了工藝、節(jié)省了能源、避免了熱處理廢品，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，提高了質(zhì)量。
文檔編號C21D7/13GK1051201SQ9010805
公開日1991年5月8日 申請日期1990年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月23日
發(fā)明者張本生, 吳成森, 劉德富, 陳海超 申請人:齊齊哈爾鋼廠研究所, 齊齊哈爾鋼廠昂昂溪機(jī)電廠