[发明专利]一种抽油杆用耐蚀高强韧马氏体时效不锈钢

说明书

本发明提供一种抽油杆用低成本、高强韧耐蚀马氏体时效不锈钢，属于金属材料领域。按重量百分比其化学成分组成为：C≤0.08％，Cr 10.0～13.0％，Ni 3.5～6.5％，Mo 0.5～1.5，Ti 0.2～1.2％，Cu 0.6～1.8％，Nb≤0.3％，Mn≤1.0％，Si≤0.8％，P≤0.020％，S≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢具有极佳的强韧性配合，而其耐腐蚀性能与304不锈钢相当，特别适用于受力复杂，高含水、高矿化度的恶劣腐蚀环境的抽油杆。

技术领域

本发明涉及马氏体时效不锈钢，特别涉及一种抽油杆用耐蚀高强韧马氏体时效不锈钢。

背景技术

据不完全统计，有杆抽油井在机械采油井中所占的比例达85％左右。然而，随着油田进入高含水开发后期，当前深油井、稠油井以及高含水井不断增多，为了提高老油田采收率，注聚、注三元液采油技术的大面积推广，极大地恶化了抽油杆的工作环境。抽油杆不仅要承受井液摩擦阻力及泵内摩擦所产生的扭矩，还要承受抽油杆自重和液柱的轴向载荷，承受复合应力。另外，在高含水、高矿化度井筒环境中，腐蚀、磨损的共同作用，更加剧了抽油杆的磨损腐蚀失效。因此，提高抽油杆的强韧性和耐腐蚀性，是减少抽油杆失效报废，降低油田成本的根本途径。

目前，普遍的解决方案是表面处理改进抽油杆的防腐蚀性能以及提高抽油杆的承载能力。常用的抽油杆表面处理技术，如：表面喷涂、表面镀铬、镍磷镀等工艺，其作用是在抽油杆表面形成一层保护膜，防止抽油杆的腐蚀，但由于抽油杆长期处于一种拉压交变载荷作用下，或是由于油管、抽油杆接触磨损，抽油杆表面保护层很容易短期疲劳破坏，抽油杆在高含水、高矿化度产出液作用下，极易产生疲劳断裂问题。另外，目前一般通过选用适当的材料或是采用表面淬火工艺使钢制抽油杆达到H级的要求。若是采用上述两种工艺分别提高抽油杆的强韧性和耐腐蚀性必然增加抽油杆的成本，因此，解决抽油杆疲劳断裂的根本方法是研究新型强韧型与防腐型不锈钢抽油杆材料，从本质上解决普通抽油杆疲劳断裂问题。

不锈钢的种类虽然很多，但是大多不能满足提高抽油杆的强韧性和耐腐蚀性的要求。马氏体不锈钢中强度较高的4Cr13、1Cr17Ni2虽可满足抽油杆强度要求，但是抗腐蚀性能较差，只耐弱腐蚀介质；铁素体不锈钢如1Cr17、0Cr13Al等，虽然耐蚀性能较好，强度仅400MPa左右，且脆性大，不适合抽油杆复杂的工作环境；奥氏体不锈钢虽然耐腐蚀性优异，但是为获得稳定奥氏体组织需加入大量Ni元素，成本高；双相不锈钢如2205不锈钢，耐应力腐蚀和点蚀，强度与屈强比高可满足抽油杆使用要求，但需严格控制两相比例，对成分和工艺要求较高；马氏体时效不锈钢，耐腐蚀性能较好，强度高，综合性能高且易加工成型，成为耐腐蚀高强度抽油杆理想的材料。但是现有马氏体不锈钢如Custom465、13-8PH等普遍合金含量较高、冶金质量要求较严，而使得成本很高，限制了其在抽油杆等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于抽油杆的高强韧、耐腐蚀、低成本的马氏体时效不锈钢。

一种抽油杆用耐蚀高强韧马氏体时效不锈钢，其特征在于，其合金成分：

以质量比计，C≤0.08％，Cr 10.0～13.0％，Ni 3.5～6.5％，Mo 0.5～1.5，Ti 0.2～1.2％，Cu 0.6～1.8％，Nb 0.05～0.3％，Mn≤1.0％，Si≤0.8％，P≤0.020％，S≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，本发明优选的合金成分为：

以质量比计，C≤0.06％，Cr 11.0～12.5％，Ni 4.0～6.0％，Mo 0.8～1.25，Ti0.2～1.0％，Cu 0.8～1.5％，Nb 0.1～0.25％，Mn≤0.8％，Si≤0.6％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

下面对本发明钢各构成元素作用及含量范围的选择作进一步说明，在以下的说明中，元素的添加量以质量比(％)表示。