20CrMoA抽油杆用热轧圆钢的开发.doc

20CrMoA抽油杆用热轧圆钢的开发 陈 立 勇 （济南钢铁集团 石横特殊钢厂，山东 泰安 271612） 摘要：为改善产品结构，增加企业效益，石横特钢厂开发出技术要求较高的抽油杆用热轧圆钢。制定了圆钢成分内控标准，通过合理的生产工艺控制、严密的生产组织、试生产分析及技术改进，产品一次开发成功，各项性能满足用户需求。关键词：20CrMoA；抽油杆用热轧圆钢；产品开发；工艺控制中图分类号：TG335.6+1 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2006）05-0027-02 Development of 20CrMoA Hot Rolled Rounds for Oil-sucker Rod CHEN Li-yong （The Shiheng Special Steel Plant of Jinan Iron and Steel Group，Taian 271612，China） Abstract: In order to improve the product structure, increase the enterprises benefit, the hot rolled rounds for oil-sucker rod with high technology requirement has been developed in the Shiheng special steel plant depending on the high-class equipment. By establishing the element internal control standard of the rounds, reasonable production process control, strict production organizing, trial-production analysis and the technology developing, the product has been developed successfully in one time with performance satisfied the requirement of users. Key words:20CrMoA; hot rolled round bar used for oil extraction rod; product development; process control 1 前 言抽油杆是石油行业连接抽油机和抽油泵的传动装置，使用条件恶劣，综合性能要求较高。一旦发生抽油杆断脱事故，就会造成大量的油管及抽油杆直接报废，致使油田作业周期缩短、作业费用升高。因此，用户要求抽油杆用圆钢生产厂家具有较高的质量保证能力，所生产的产品质量稳定。济南钢铁集团石横特殊钢厂（简称石横特钢厂）拥有意大利引进的70t Consteel电弧炉、年产80万t全连轧棒材生产线，以生产高附加值的优特钢为目标，大力实施品牌战略。通过市场调研，了解抽油杆的使用情况、性能特点等信息后，决定首先开发用量较大的22mm规格抽油杆用圆钢。通过制订合理的生产工艺、严密的生产组织，产品各项性能满足了用户需求，产品一次开发成功。随后，又相继成功开发了其它规格产品，在较短的时间内占领了较大的市场份额。2 产品特点及其工艺流程2.1 产品标准和使用性能特点抽油杆用圆钢按YB/T0541994抽油杆用热轧圆钢标准组织生产，材质为20CrMoA，规格为22mm。其加工性能要求：漏磁探伤合格；疲劳寿命大于1106次；矫直时氧化铁皮易于脱落。2.2 工艺流程70t Consteel电弧炉冶炼70t LF炉精炼四机四流弧形连铸150mm150mm方铸坯检验上料测长、称重钢坯入炉双蓄热步进梁式加热炉加热钢坯出炉高压水除磷粗轧机组轧制1#飞剪切头尾中轧机组轧制2#飞剪切头精轧机组轧制轧后控冷3#飞剪分段冷床冷却冷剪按定尺分段检验打捆、称重、入库。3 工艺控制要点3.1 炼钢工艺控制要点（1）炼钢原料要求加入单一中型废钢、铁水，中型废钢控制比例为10%15%，铁水加入比例控制在50%55%。有以下情况之一不得冶炼本钢种：新炉前5炉和补炉后第1炉；不洁钢包；原材料潮湿、连铸结晶器漏水。（2）为保证钢的洁净度，采用全保护浇注，精炼出钢后进行软吹氩，严禁钢水裸露，钢水液面波动直径控制10cm左右，且软吹氩时间不小于10min。（3）为避免铸坯缩孔、裂纹等缺陷的出现，过热度控制在2035，为防止铸坯中心成分偏析，确保铸坯内部质量，连铸时采用结晶器电磁搅拌和铸坯凝固末端电磁搅拌。确保连铸拉速波动小于0.1 m/min；二冷段采用气雾冷却，保证铸坯冷却均匀。（4）为保证抽油杆钢优良的综合力学性能，制订成品化学成分内控标准（见表1），并控制O不大于5010-6、N 不大于8010-6。表1 20CrMoA抽油杆用圆钢化学成分内控标准 CSiMnCrNiMoCuPS0.200.240.200.300.550.650.90/1.100.100.180.230.120.0200.0203.2 轧制工艺控制要点（1）综合考虑高压水除鳞效果以确保良好的产品力学性能与表面质量，开轧温度控制在10101060之间，高压水除鳞压力比正常生产提高2MPa，以确保除鳞效果。（2）为控制氧化铁皮数量、厚度以保证用户矫直时氧化铁皮易于脱落，轧件出成品孔后进入穿水箱穿水，穿水后表面温度控制在850900。（3）为确保端头剪切质量，剪切时使用孔型剪刃进行剪切；剪切前，应检查确认冷剪剪刃间隙，紧固剪刃螺栓，以确保剪切端面平齐，不得有毛刺。（4）采用现有22mm规格普通圆钢的轧制工艺路线，为保证较高的尺寸标准要求：要求直径偏差22+0.50 -0.10、不圆度不大于0.30mm，需对成品孔型、成品前孔型重新设计。为保证圆钢的椭圆度变化最小，成品孔选用带圆弧侧壁的圆孔型1。综合考虑钢种、轧制速度、轧制温度等因素，确定的成品孔、成品前孔型见图1。图1 成品前孔、成品孔孔型4 试生产情况分析由于各种准备工作充分，从冶炼到铸坯轧制，工艺参数都控制在要求的范围内，试生产顺利。共试轧了5炉22mm规格20CrMoA抽油杆用圆钢，其化学成分控制范围见表2，O和N实际波动范围分别为（2844）10-6和（4362）10-6；非金属夹杂物检测结果见表3；疲劳试验和其余力学性能试验结果分别见表4和表5。试制产品的非金属夹杂物和力学性能均达到了标准要求，5根试样的疲劳寿命都达到了规定要求，该产品符合D级抽油杆的疲劳性能要求。表2 试轧圆钢化学成分实际控制范围 CSiMnCrNiMoCuPS0.200.230.250.290.570.640.92/0.980.020.200.220.040.050.0140.0190.0080.013表3 非金属夹杂物检测情况项 目脆性夹杂物塑性夹杂物二者之和标准要求2.5级2.5级4.5级最大值1.5级1.5级最小值1.0级1.0级其余检测结果如低倍、漏磁探伤、外形尺寸、表面质量等也均达到YB/T0541994标准及用户要求，圆钢成材率达到95.85%。各项经济指标达到较高水平，且产品在胜利油田投入使用后，效果良好。表4 疲劳试验结果炉 号7-3347-3357-3367-3377-338加载应力Max/MPa406406406406406循环次数（106）1.0000071.0000061.0000031.0000131.000008备 注未断未断未断未断未断表5 力学性能试验结果 项 目s/MPab/MPa5/%/%Ak/J标准要求735930125078实际值855905878105010951081151816.871.072.571.6143146144.2 注：热处理制度：淬火温度880，回火温度500，冷却剂为水（标准未说明淬火温度，该温度参数由信息标准研究院提供）。5 生产中存在的问题及其改进措施石横特钢厂依托一流的装备，通过制订合理的生产工艺及严密的生产组织，成功开发出技术要求较高的抽油杆用热轧圆钢，产品的实物质量达到了较高水平，满足了用户需求。据测算，生产抽油杆用热轧圆钢比普通Q235圆钢增加了利润和企业效益，同时，改善了产品结构，进一步提高了企业竞争力。截止2006年7月份，按合同累计生产19、22、25、28mm4种规格的20CrMoA抽油杆用热轧圆钢18027.86t。但生产中存在以下问题：（1）用户一般要求定尺在8.0m以上，全定尺交货。由于直径偏差要求不同于GB702标准，