專利名稱：一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油設(shè)備制作領(lǐng)域，具體涉及一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝。
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就日漸重要。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。因此，目前的抽油光桿必須在承載能力和耐腐蝕性能兩方面不斷提高，以滿足不斷惡劣的服役環(huán)境。
當(dāng)前，抽油光桿的改進(jìn)有兩個(gè)趨勢(shì)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，如通過采用表面感應(yīng)淬火等工藝和材料型超高強(qiáng)度用鋼(FG20和BZ-11等)，分別形成工藝型和材料型超高強(qiáng)度抽油桿。但是，兩者都難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)承載能力和耐蝕性能的提高，也難以滿足油田現(xiàn)場(chǎng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，通過該制備工藝可以制作出承載能力和防腐耐蝕性能都比較好的抽油光桿，可以很好地滿足油田日漸苛刻的服役環(huán)境。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，其特征是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光桿基材的表面油污并吹干；二、抽油光桿基材的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化，保證抽油光桿基材的表面清潔、無油污；三、在抽油光桿基材的中部表面距離抽油光桿基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm范圍的鎳基合金涂層，鎳基合金涂層的化學(xué)成分按照質(zhì)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≤8.0％，余量為鎳；四、對(duì)抽油光桿基材表面鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃-1050℃，即涂層出現(xiàn)鏡面現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)行噴水冷卻，最后對(duì)鎳基合金涂層表面拋光使鎳基合金涂層厚度在0.10mm～0.20mm范圍內(nèi)，粗糙度不超過Ra0.8μm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、本發(fā)明防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，從兼顧承載能力和耐蝕性能兩方面出發(fā)，以FG20鋼制作抽油光桿基材，在抽油光桿基材表面噴焊鎳基合金涂層。FG20鋼是國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用的材料型超高強(qiáng)度用鋼，具有較好的綜合力學(xué)性能，且成本是當(dāng)前材料型超高強(qiáng)度用鋼中最低；鎳基合金是一種防腐耐蝕性能極佳的材料，通過兩者的結(jié)合，保證了本發(fā)明的抽桿光桿同時(shí)具有優(yōu)異的承載能力和防腐耐蝕性能。
2.加工工藝的優(yōu)化選擇表面感應(yīng)的表面/界面加熱的自身特點(diǎn)，保證了基體材質(zhì)的綜合性能不被破壞。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一，一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，其特征是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光桿基材的表面油污并吹干；二、采用100目砂帶對(duì)抽油光桿基材的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化，保證抽油光桿基材的表面清潔、無油污；三、在抽油光桿基材的中部表面距離抽油光桿基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm范圍的鎳基合金涂層，鎳基合金涂層的化學(xué)成分按照質(zhì)量百分含量分別為碳0.30％，硅4.0％，硼2.5％，鉻10％，鐵8％，余量為鎳；操作時(shí)將抽油光桿基材穿過上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器的感應(yīng)線圈，兩端通過帶有內(nèi)螺紋的連接桿、卡盤固定在固定車床上；然后讓光桿以190轉(zhuǎn)/分鐘～210轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度移動(dòng)，打開中頻感應(yīng)加熱器，使抽油光桿基材表面自始端至終端依次被中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈預(yù)熱一遍，預(yù)熱時(shí)，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在19KW～21KW，以除去抽油光桿基材表面的水分和提高抽油光桿基材表面的溫度，增加粉末粘接結(jié)合率；同時(shí)用上海瑞發(fā)噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為QT-E20000-7/h的金屬粉末噴槍對(duì)距離光桿基材兩端各100mm～800mm處以內(nèi)被加熱后從加熱線圈端部伸出來的光桿桿體立刻噴涂上鎳基合金粉末，直至噴涂到抽油光桿基材的末端，噴涂時(shí)噴涂用鎳基合金粉末是通過氣泵輸送到金屬粉末噴槍中的，并與氧氣和乙炔在金屬粉末噴槍中混合后從噴槍口送出，其中輸送到金屬粉末噴槍的氧氣流量為0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量為0.79m3/h～0.81m3/h，氣泵的氣體壓力為0.023MPa～0.025Mpa；抽油光桿基材終端噴完后，使抽油光桿基材以190轉(zhuǎn)/分鐘～210轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度再次向相反方向移動(dòng)，并用金屬粉末噴槍對(duì)抽油光桿基材再次噴涂，如果涂層厚度要求較高則噴第三遍，直至噴涂后得到的鎳基合金涂層厚度在0.30mm～0.40mm范圍；四、對(duì)抽油光桿基材表面鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，即完成噴涂后，采用上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器，對(duì)抽油光桿進(jìn)行表面感應(yīng)加熱，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在108KW～112KW，抽油光桿相對(duì)中頻感應(yīng)加熱器的線圈作轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，抽油光桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為145轉(zhuǎn)/分鐘～155轉(zhuǎn)/分鐘，沿軸向的移動(dòng)速度為13mm/s～15mm/s，使重熔溫度控制在950℃-1050℃，即涂層出現(xiàn)鏡面現(xiàn)象，使抽油光桿基材外表的鎳基合金粉末充分熔化流動(dòng)，在重熔的同時(shí)，啟動(dòng)冷卻水水泵，從加熱線圈伸出來的重熔后的抽油光桿在經(jīng)過冷卻水圈時(shí)被冷卻水迅速降溫，使得光桿同時(shí)完成了表面涂層重熔和桿體熱處理兩個(gè)工藝，使得鎳基合金涂層與抽油光桿基材形成冶金結(jié)合，同時(shí)使得抽油光桿基材表面的組織和性能得到優(yōu)化，最后，采用砂帶打磨機(jī)用200#砂帶對(duì)光桿表面打磨拋光，使其表面涂層厚度為0.10mm～0.20mm范圍，粗糙度不超過Ra0.8μm，即得到防腐超高強(qiáng)度抽油光桿。鎳基合金涂層太薄則起不到長(zhǎng)時(shí)間的防腐耐蝕保護(hù)作用，而太厚則又會(huì)造成鎳基合金粉末用量增加和成本的升高。
FG20鋼的化學(xué)成分按照質(zhì)量百分含量分別為碳0.12％～0.22％，硅0.50％～1.50％，錳1.90％～2.40％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，鉻0.5％～0.9％，鎳≤0.30％，釩0.05％～0.20％，銅≤0.20％，鉬0.15％～0.30％，鈦0.005％～0.03％，余量為鐵；實(shí)施例二，一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，它與實(shí)施例一的方法的不同之處在于鎳基合金粉末的化學(xué)成分按照質(zhì)量百分含量分別為硅2％，硼1.5％，鉻5％，余量為鎳。
實(shí)施例三，一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，它與實(shí)施例一的方法的不同之處在于鎳基合金粉末的化學(xué)成分按照質(zhì)量百分含量分別為碳0.20％，硅3.2％，硼2.1％，鉻8.6％，鐵2.7％，余量為鎳。
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下采用WE(W)-1000型液壓萬能試驗(yàn)機(jī)和MTS810.15型疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)以上三個(gè)實(shí)施例中制作的抽油光桿和普通FG20抽油光桿基材進(jìn)行了拉伸和疲勞性能評(píng)價(jià)，其中疲勞性能試驗(yàn)采用高應(yīng)力(700MPa)加速實(shí)驗(yàn)條件，具體如表1所示。
表1

可見，本發(fā)明中采用的重熔后不熱處理工藝制備的防腐超高強(qiáng)度抽油桿具有最佳的綜合力學(xué)性能，不僅使抗拉強(qiáng)度達(dá)到1300MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于超高強(qiáng)度抽油桿1176MPa抗拉強(qiáng)度的規(guī)定，而且比重熔后再熱處理工藝的噴焊光桿都顯著提高，而且疲勞性能也比FG20抽油光桿基材及其它工藝噴焊抽油光桿提高了一倍以上，再加上其表面耐蝕性能優(yōu)異的鎳基合金涂層，使本發(fā)明的抽油光桿可以很好地滿足油田高載荷和腐蝕的服役環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，其特征是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光桿基材的表面油污并吹干；二、抽油光桿基材的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化，保證抽油光桿基材的表面清潔、無油污；三、在抽油光桿基材的中部表面距離抽油光桿基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm范圍的鎳基合金涂層，鎳基合金涂層的化學(xué)成分按照質(zhì)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≤8.0％，余量為鎳；四、對(duì)抽油光桿基材表面鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃-1050℃，即涂層出現(xiàn)鏡面現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)行噴水冷卻，最后對(duì)鎳基合金涂層表面拋光使鎳基合金涂層厚度在0.10mm～0.20mm范圍內(nèi)，粗糙度不超過Ra0.8μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防腐超高強(qiáng)度抽油光桿的制備工藝，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光桿基材的表面油污并吹干；二、抽油光桿基材的表面進(jìn)行砂帶打磨處理，使毛坯表面除銹、粗化和活化；三、在抽油光桿基材的中部表面距離抽油光桿基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm范圍的鎳基合金涂層；四、對(duì)抽油光桿基材表面鎳基合金涂層進(jìn)行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃－1050℃，同時(shí)進(jìn)行噴水冷卻，最后對(duì)鎳基合金涂層表面拋光使鎳基合金涂層厚度在0.10mm～0.20mm范圍內(nèi)。采用本發(fā)明中的制備工藝制得的防腐超高強(qiáng)度抽油桿具有最佳的綜合力學(xué)性能，兼顧承載能力和耐蝕性能兩方面。
文檔編號(hào)B23K5/18GK101070751SQ200710118048
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者黃錦濱, 田斌, 吳振寧, 軒翠霞, 魯?shù)旅?申請(qǐng)人:安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司