新型高强高韧低温油井管用钢的材料研究

作     者：易善伟 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：历长云;许磊

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：油井管 淬火温度 回火温度 强度 冲击功 韧脆转变 

摘      要：在低温环境中使用的油井管,不仅要求具有很高的强度,而且需要具有良好的低温冲击韧性。现有低温油井管选材中往往添加较高的Ni含量,成本较高。为了降低成本,提升性能,本文针对自主设计的系列Ni含量的低温油井管用钢进行不同热处理,采用热膨胀仪、光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机等系统分析了热处理工艺对微观组织和力学性能的影响,并进行了热处理工艺的优化。本文主要研究工作和结论如下:(1)通过热力学计算与动力学分析,研究了热力学平衡条件下和连续冷却过程中LS钢中相变和组织演变规律。结果表明:Ni含量对析出相和组织演变均具有一定影响,随着Ni含量的增加,MC开始析出温度逐渐降低,MC的析出温度区间逐渐增大;同时,随着Ni含量的增加,奥氏体化温度降低,发生马氏体、贝氏体和珠光体转变的临界冷速减小。(2)通过改变淬火和回火温度,研究了热处理工艺对LS钢组织性能的影响。结果表明,在880℃淬火时,LS钢能够得到完全马氏体组织,平均晶粒尺寸较小,回火后具有良好的强韧性匹配;在200℃50℃回火时,随着温度的升高,LS钢中的回火碳化物析出量不断增大,并且伴随有聚集长大的现象;随着温度的升高,室温强度整体呈现降低趋势,低温冲击功先增大后减小,并且存在600℃以上回火时出现回火脆性现象。根据淬火和回火温度对LS钢组织性能的影响规律,确定其较佳低温油井管用钢为LS2钢,相应的较佳热处理工艺为880℃淬火+600℃回火,经热处理后钢的低温冲击功为36.37 J,屈服强度与抗拉强度分别为726.7 MPa、843 MPa,满足厂家的性能要求。(3)通过分析不同Ni含量下LS钢的微观组织及拉伸冲击性能,研究了Ni元素对LS钢组织性能的影响。结果显示,随着Ni含量的增加,LS钢的原奥氏体晶粒尺寸变化幅度较小,回火碳化物析出量增大。随着Ni含量的增大,LS钢的强度呈上升趋势。-45℃低温冲击功先增大后出现降低趋势。当Ni含量为0.022wt.%时,LS钢的韧脆韧脆转变温度最低,约为-20℃,随着Ni含量的增大,韧脆转变温度不断增大,在Ni含量为1.97wt.%时达到最大值8℃,随着Ni含量进一步增大为2.99wt.%时,韧脆转变温度又降低至-14℃。