[发明专利]一种钢材、包括其的抽油杆、及钢材的应用

说明书

技术领域

本发明涉及钢材料领域，具体而言，涉及一种钢材、包括其的抽油杆、及钢材的应用。

背景技术

众所周知，钢铁材料被工作介质腐蚀主要是电化学腐蚀，腐蚀形式主要有：晶间腐蚀，点蚀，和应力腐蚀。据统计这三种类形的腐蚀事故，占各类电化学腐蚀事故的83％以上。这种腐蚀属于局部腐蚀，材料的破坏速度很快，是最危险的腐蚀形式。

特别要指出的是：钢铁材料处在富含Cl^-离子的介质中所发生的腐蚀，主要是晶间腐蚀。晶间腐蚀是钢铁材料在介质中沿着晶界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种现象。其腐蚀介质条件是含Cl^-、SO₄^2-、PO₃^3-离子的溶液或盐类，温度条件在200℃以下。腐蚀机理为：由于C在钢中的固溶度随温度的降低而急剧减少，在一般冷却条件下，可以从1000℃时的0.15％下降为室温时的0.02％，多余出来的C将以Cr₂₃C₆的碳化物形式沿着晶界析出。这种碳化物中的Cr元素含量最高可达70％以上。由于C向晶界析出的速度很快，所以耗用的Cr元素只能从邻近晶界区域夺取，从而造成晶界高度贫Cr。在电化学反应中这类贫Cr区域优先作为阳级进行反应，即发生晶界腐蚀。

点蚀是在金属材料表面产生无规律的小坑状腐蚀，也叫孔蚀。产生点蚀的腐蚀介质条件是Cl^-离子、Br^-、I^-、ClO₄^-溶液中存在重金属离子或含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等碱土金属离子。发生的温度在50℃以下最多，80～90℃是最危险的温度段。

材料在加工过程中残存一定的拉应力，在存富含K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等碱金属离子和Cl^-离子溶液中容易发生应力腐蚀。其温度条件为室温到300℃。奥氏体金相组织由于存在滑移与孪晶，故仅在30～50N/mm²的殘余拉应力条件下就会发生应力腐蚀。

现有技术中，通常采用20CrMo作为采油机抽油杆材料。20CrMo是一种经典的合金结构钢，由于其组份中含有一定量的Cr与Mo，因而具有良好的综合机械性能，其抗拉强度一般在885Mpa/mm²以上，屈服强度一般在685Mpa/mm²以上，延伸率大于12％，断面收缩率大于50％，冲击功大于78J。但由于其组份配伍的特点，基本不具备抗腐蚀性能，因而只能在无防腐要求的普通车辆、机床的零部件中作为一般的结构件使用，不适宜于在沿海油井中含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等碱土金属离子及Cl^-、SO₄^2-离子液体的恶劣环境中使用。

发明内容

本发明旨在提供一种钢材、包括其的抽油杆、及钢材的应用，以解决现有技术中普通钢材在沿海油井中工作时易被腐蚀的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钢材。该钢材按重量百分比计含有如下原料组分：0.03%～0.05%的碳元素、0.035%～0.05%的硅元素，5%～6%的锰元素，0.25%～0.35%的磷元素，0.015%～0.017%的硫元素，9.50%～10.5%的铬元素、0.25%～0.50%的镍元素、0.15%～0.20%的钼元素、0.50%～0.60%的铜元素，0.15%～0.17%的铝元素、0.15%～0.16%的钛元素、0.04%～0.05%的钒元素、0.01%～0.015%的铌元素、0.050%～0.060%的钨元素、0.018%～0.020%的钴元素、0～0.001%的锑元素、以及81.201%～83.81%的铁元素。

进一步地，还包括0.018%～0.020%的锌元素。

进一步地，还包括0.004%～0.006%的锡元素。

进一步地，还包括0.02%～0.03%的铅元素。