Efecto de la temperatura del templado sobre la microestructura y las propiedades de un acero de carcasa de aceite utilizado para pozos profundos

Authors: Wang Jiaojiao, Zhao Linlin, Gao Yunzhe, Shi Shuai, Wu Xiaolong, Zhao Yanqing, Zhou Yuqing, Gong Junjie
(Hebei Dahe Materials Technology Co., Ltd., Shijiazhuang, hebei 050023)

Abstract: The influence of tempering temperature after quenching at 920°C on the microstructure and mechanical properties of a deep well oil casing steel was studied by means of optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and tensile testing machines. The results show that the tested steel tempered at 500-600°C obtains tempered sorbite, exhibiting high strength, plasticity, y dureza, with a product of strength and elongation ranging from 20.5 a 22.1 GPa·% and impact absorbed energy ranging from 94.6 a 100.3 j. When the tempering temperature is 550°C, El acero probado para la carcasa de aceite de pozos profundos exhibe las mejores propiedades mecánicas completas, con resistencia a la tracción de 978 MPa, producir fuerza de 935 MPa, Producto de la fuerza y ​​el alargamiento de 22.1 GPA ·%, y energía de impacto absorbido de 100.3 j.

Palabras clave: Acero de carcasa de aceite; Temperatura de templado; Microestructura; Propiedades mecánicas

1. Introducción

Con la creciente competencia global por los recursos de energía estratégica, Los recursos de petróleo y gas han atraído una atención considerable. Su capacidad de reserva y niveles de extracción son de gran importancia para la modernización de la sociedad. 1-2]. Debido a la explotación continua de los recursos energéticos de petróleo y gas durante más de un siglo, Las reservas de recursos energéticos de petróleo y gas fácilmente explotables en la superficie de la Tierra no han podido satisfacer la demanda humana., conduciendo a una proporción creciente de la explotación de recursos energéticos de petróleo y gas profundos y ultra profundos. -4]. Según estadísticas, en los últimos años, La profundidad de los pozos de petróleo y gas en todo el mundo ha seguido creciendo rápidamente, con la profundidad de los pozos profundos superando 5000 metro, casi duplicado en comparación con antes. El entorno de servicio de las carcasas de petróleo y gas es complejo y duro, y con el aumento continuo en la profundidad de los pozos de petróleo y gas, Para garantizar la seguridad, Se requiere que las carcas utilizadas tengan alta resistencia, alta plasticidad, y rendimiento de alto impacto 5-6].

2. Materiales y métodos experimentales

El acero probado utilizado en este papel fue fundido en un 50 Kg de horno de vacío y fundido en un tocho de acero con la siguiente composición química (fracción de masa, %): 0.22c, 0.20Y, 1.35Minnesota, 0.28cr, 0.17Mes, 0.18V, Balance Fe. El tocho de acero fundido se calentó a 1250 ° C y se mantuvo para 120 min en un horno de preservación de calor, luego rodé en un 15 la losa de mm de mm de espesor con una temperatura de rodadura inicial por encima de 1150 ° C y una temperatura de rodadura final por encima de 850 ° C. Luego se enfrió a temperatura ambiente por entierro de arena.. Metalográfico, impacto, y se cortaron los espacios en blanco de la muestra de tracción de la losa en caliente, calentado a 920 ° C y retenido para 40 Min en un horno de calefacción de resistencia eléctrica, luego se llena el agua a la temperatura ambiente. Después, se calentaron a 500 ° C, 550°C, y 600 ° C y retenido para 60 mín., seguido de enfriamiento de aire a temperatura ambiente.

3. Resultados y discusión experimentales

3.1 Efecto de la temperatura del templado en la microestructura

En la figura se muestran las imágenes OM y SEM del acero probado después del enfriamiento del agua y el temple a diferentes temperaturas. 1. Se puede ver que la microestructura con agua es típica de listón martensita, con límites de grano de austenita previos claramente visibles (Rastrear) y límites de listones, y una estructura uniforme. Después de templar a diferentes temperaturas, Se obtiene sorbite templado. Después de templar a 500 ° C, El acero probado aún conserva la estructura de listones de la martensita apagada, con PAGB transparente acompañado de precipitación de carburo en forma de película, y carburos cortos en forma de varilla distribuidos principalmente en los límites de listones y en los listones. Después de templar a 550 ° C, El PAGB del acero probado comienza a desenfoque, Acompañado de la precipitación de carburos cortos en forma de varilla, y la precipitación del carburo comienza a esferoidizar. Después de templar a 600 ° C, El PAGB del acero probado se difumina aún más, y no se pueden observar límites de listones obvios. Los carburos se vuelven más esferoidizados y más finos. Con el aumento de la temperatura del templado, El grado de recuperación y recristalización del acero probado aumenta continuamente, Los límites de Pagb y Lath se difuminan gradualmente, La precipitación de carburo se esferoidiza gradualmente, y el tamaño del carburo disminuye gradualmente. Vale la pena señalar que el tamaño microestructural del acero probado no cambia significativamente con el aumento de la temperatura de templado, que se atribuye a la adición del elemento Mo en el acero probado. Estudios anteriores han demostrado que el elemento MO tiene los efectos del fortalecimiento de la solución sólida, Aumento de la dureza, y mejorar la estabilidad del templado -8]. El acero probado también contiene el elemento V, que tiene un efecto de fortalecimiento de precipitación ]. En estudios anteriores, Se ha encontrado que la precipitación de carburo fina y dispersa es de aleación cementita (M3C), carburo endurecido secundario (V,incógnita)c, y carburo no disuelto (V,incógnita)C durante la austenitización, Donde M = Fe, cr, Minnesota; X = Mo, cr 10-12]. Además, La precipitación de dispersión coherente de la segunda fase formada por elementos traza como las dislocaciones de pines MO y V, Mejora de las propiedades mecánicas del acero probado. Las temperaturas máximas de endurecimiento de precipitación secundaria de los elementos MO y V están en los rangos de 570-580 ° C y 600-625 ° C, respectivamente 13].

3.2 Efecto de la temperatura de templado en las propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas del acero probado a diferentes temperaturas de temple se muestran en la figura 2. Como se puede ver de la figura 2(a), Tanto la resistencia a la tracción como la resistencia al rendimiento disminuyen gradualmente con el aumento de la temperatura de temple. Esto se debe a que durante el templado, La estructura de martensita de alto carbono de carbono se somete a la recuperación, y las dislocaciones experimentan una reorganización y cancelación mutua, ES DECIR., la densidad de dislocación disminuye, Ambos que suavizan la microestructura 4-15]. Notablemente, la resistencia a la tracción varía desde 961 a 1023 MPa, y la fuerza de rendimiento varía de 928 a 992 MPa, indicando una pequeña gama de cambios de fuerza. Durante el temple, Los carburos finos y dispersos precipitan continuamente, producir un efecto de fortalecimiento. Los efectos de fortalecimiento y ablandamiento se compensaron entre sí, dando como resultado un pequeño rango de fuerza de fluctuación, que corresponde a la microestructura templada. Con el aumento de la temperatura del templado, El producto de la resistencia, el alargamiento y el impacto La energía absorbida del acero probado exhibe una tendencia de primer aumento y luego disminuido, Como se muestra en la figura 2(b, do). El producto de la fuerza y ​​el alargamiento varía de 20.5 a 22.1 GPA ·%, y el impacto absorbido de energía varía de 94.6 a 100.3 j. Eso es, El acero probado exhibe alta resistencia, plasticity, y tenacidad dentro del rango de temperatura de templado. When the tempering temperature is 550°C, El acero probado tiene las mejores propiedades mecánicas completas, con resistencia a la tracción de 978 MPa, producir fuerza de 935 MPa, Producto de la fuerza y ​​el alargamiento de 22.1 GPA ·%, y energía de impacto absorbido de 100.3 j, Demostrando alta fuerza y ​​alta dureza.

3.3 Efecto de la temperatura del temple sobre el comportamiento de la fractura

En la figura se muestran las morfologías de la zona de propagación de las fracturas por tracción del acero probado a diferentes temperaturas de temple 3. Se puede ver que todos exhiben morfologías de fractura dúctil caracterizadas por hoyuelos finos, acompañado de bordes de rasgadura (indicado por flechas) y pequeñas grietas secundarias, que corresponde al alto producto de la resistencia y el alargamiento del acero probado, indicando alta plasticidad. En la figura se muestran las morfologías de la zona de propagación de las fracturas de impacto del acero probado a diferentes temperaturas de temple 4. Se puede ver que todos exhiben morfologías de hoyuelos, con hoyuelos poco profundos y pequeños acompañados de bordes desgarradores (ver figura 4(do), flecha), que corresponde a la energía absorbida de alto impacto, indicando alta resistencia del acero probado.

4. Conclusiones

1. El acero autodesarrollado para la carcasa de aceite de pozos profundos obtiene sorbito templado dentro del rango de temperatura de templado de 500-600 ° C, con el grado de recuperación de la estructura de martensita de listones aumentando continuamente, y los carburos continuamente esferoidizando y dispersando.
2. Dentro del rango de temperatura de templado de 500-600 ° C, El acero probado exhibe alta resistencia, plasticity, y dureza, con el producto de la fuerza y ​​el alargamiento que van desde 20.5 a 22.1 GPA ·% y la energía absorbida de impacto que va desde 94.6 a 100.3 j.
3. When the tempering temperature is 550°C, El acero probado tiene las mejores propiedades mecánicas completas: resistencia a la tracción de 978 MPa, producir fuerza de 935 MPa, Producto de la fuerza y ​​el alargamiento de 22.1 GPA ·%, y energía de impacto absorbido de 100.3 j.

Referencias

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