随着中国(guó)油田开采年限的增加、海上油气开发(fā)以及油田高压(yā)开采等技术的推广,抽油(yóu)杆的服(fú)役环境朝愈加恶劣的深井、腐蚀等方(fāng)向发展。目前普遍(biàn)采用的20CrMo、30CrMo和35CrMo材质制造的抽油杆断裂(liè)事故不断发生(shēng),严(yán)重(chóng)影响了原油产量,增加了修井费(fèi)用,提(tí)高了原油(yóu)成本。因此,对抽油杆用钢的强度和耐腐(fǔ)蚀能力提出了更高(gāo)的要求。科研(yán)人员设计了一种低碳中铬钢(gāng)(9Cr钢),Cr的质量分数约为9%,这一含(hán)量高于耐候钢低于不锈钢,以(yǐ)保(bǎo)证在获得良好力学性能和耐(nài)蚀性的同时,可(kě)有效降低生产成本。通过研究其在不同冷速下的相变规律,以及(jí)不同奥氏体化温度下的显微组织和力学性能(néng),总结冷(lěng)却速(sù)度与(yǔ)奥氏体化温度对9Cr钢的影响(xiǎng),对未来生产(chǎn)这一新型抽油杆(gǎn)用设定(dìng)热处理(lǐ)工艺提供指导。
试验(yàn)用钢(gāng)采用25kg真空感应(yīng)炉冶炼(liàn),铸坯经1200℃保(bǎo)温1h后锻造成Φ25.4mm×2m的钢棒,终锻温(wēn)度为(wéi)900℃,锻后空(kōng)冷至室温,试验钢化学成分(质量分数,%):C0.082,Cr9.140,Si0.230,Mn0.150,P0.005,S0.002。
从钢棒上(shàng)切取热膨胀试样(yàng),在100s升温时间内将热膨胀试样迅速加热至860℃,经过5min保温后,在(zài)5s时间内将温度降至Ac3温度,再(zài)分别以0.03、0.06、0.14、0.28、0.81、1.62、4.05、8.10和16.2℃/s连续(xù)冷却至室温,根据(jù)热膨胀曲线,利用切线法测定试验钢在不同冷却速度下的相变温度,结合(hé)金相和硬度试验作出(chū)连续冷却转变曲线(xiàn),并根据相变规律(lǜ)估画组(zǔ)织(zhī)演(yǎn)变鼻点。对钢棒分别加热至860和1000℃进(jìn)行保温20min的奥氏体化处理,然(rán)后空(kōng)冷至室温,最后加热至200℃回火1h。利(lì)用OM、SEM、TEM、XRD和室(shì)温拉伸对比研究不同热处理温度下9Cr钢的显微组织及力学性能。
研究(jiū)表明,随着冷却速度增(zēng)加,9Cr钢发(fā)生铁素体/珠光体相变、贝氏体相变,其中(zhōng)马氏体相变(biàn)临界冷速(sù)为1.6℃/s;860℃热处理后9Cr钢的显(xiǎn)微组织为(wéi)板条贝氏(shì)体/马氏体和少量等轴铁素(sù)体,并有(yǒu)4%的残余奥氏体;奥氏(shì)体化温度升至1000℃后(hòu),奥氏体晶粒尺寸增加,9Cr钢中的铁素体几乎消失,板条特征更加明显,力学性能与(yǔ)860℃热处理后基本相同,均达到HL级(jí)抽油杆钢的要求,说明(míng)9Cr钢(gāng)具有较(jiào)宽的(de)奥氏体化温度窗口。
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