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Effet de la température de température sur la microstructure et les propriétés d'un acier de boîtier d'huile utilisé pour les puits profonds

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, et la ténacité, with a product of strength and elongation ranging from 20.5 à 22.1 GPa·% and impact absorbed energy ranging from 94.6 à 100.3 J.. When the tempering temperature is 550°C, L'acier testé pour le boîtier d'huile de puits profonds présente les meilleures propriétés mécaniques complètes, avec une résistance à la traction de 978 MPa, Force d'élasticité 935 MPa, produit de la force et de l'allongement de 22.1 GPA ·%, et impact énergétique absorbée de 100.3 J..

Mots clés: Acier de boîtier d'huile; Température de température; Microstructure; Propriétés mécaniques

1. Introduction

Avec la concurrence mondiale croissante pour les ressources énergétiques stratégiques, Les ressources pétrolières et gazières ont attiré une attention considérable. Leur capacité de réserve et leurs niveaux d'extraction sont d'une grande importance pour la modernisation de la société 1-2]. En raison de l'exploitation continue des ressources énergétiques pétrolières et gazières pendant plus d'un siècle, Les réserves de ressources énergétiques pétrolières et gazières facilement exploitantes à la surface de la Terre n'ont pas pu répondre à la demande humaine, conduisant à une proportion croissante de l'exploitation de ressources énergétiques en pétrole et en gaz en profondeur et ultra-profonde -4]. Selon les statistiques, au cours des dernières années, La profondeur des puits de pétrole et de gaz dans le monde a continué à croître rapidement, avec la profondeur de puits profonds dépassant 5000 m, presque doublé par rapport à avant. L'environnement de service des boîtes de pétrole et de gaz est complexe et sévère, et avec l'augmentation continue de la profondeur des puits de pétrole et de gaz, Pour assurer la sécurité, Les boîtiers utilisés sont nécessaires pour avoir une résistance élevée, forte plasticité, et des performances à fort impact 5-6].

2. Matériaux et méthodes expérimentaux

L'acier testé utilisé dans ce papier a été fondu dans un 50 kg four à vide et coulé dans une billette en acier avec la composition chimique suivante (fraction de masse, %): 0.22C, 0.20Et, 1.35Mn, 0.28Cr, 0.17Mo, 0.18V, Équilibrez Fe. La billette en acier fondu a été chauffée à 1250 ° C et maintenue pour 120 min dans une fournaise préservée à la chaleur, puis roulé dans un 15 mm de la dalle de rouleaux chauds d'épaisseur avec une température de roulement initiale supérieure à 1150 ° C et une température de roulement finale supérieure à 850 ° C. Il a ensuite été refroidi à température ambiante par enterrement de sable. Métallographique, impact, et des blancs d'échantillon de traction ont été coupés dans la dalle de trap, chauffé à 920 ° C et maintenu pour 40 min dans un four de chauffage de résistance électrique, puis couché à l'eau à température ambiante. Ensuite, Ils ont été chauffés à 500 ° C, 550°C, et 600 ° C et maintenu pour 60 min, suivi d'un refroidissement de l'air à température ambiante.

3. Résultats expérimentaux et discussion

3.1 Effet de la température de température sur la microstructure

Les images OM et SEM de l'acier testé après extinction et trempage à l'eau à différentes températures sont illustrées à la figure 1. On peut voir que la microstructure couchée à l'eau est une martensite de lattes typique, avec des frontières au grain d'austénite préalables clairement visibles (Pagir) et les limites de lattes, et une structure uniforme. Après avoir trempé à différentes températures, La sorbite trempée est obtenue. Après avoir trempé à 500 ° C, L'acier testé conserve toujours la structure latte de la martensite éteinte, avec un PAGB clair accompagné de précipitations en carbure de film, et des carbures courts en forme de tige principalement distribués aux limites des lattes et sur les lattes. Après avoir trempé à 550 ° C, Le pagb de l'acier testé commence à se brouiller, accompagné de la précipitation de carbures courts en forme de tige, et les précipitations en carbure commencent à sphéroïder. Après avoir trempé à 600 ° C, Le pagb de l'acier testé se brouille encore, et aucune limite de latte évidente ne peut être observée. Les carbures deviennent plus sphéroïdinés et plus fins. Avec l'augmentation de la température de température, Le degré de récupération et de recristallisation de l'acier testé augmente en continu, Les frontières PAGB et LAT, Les précipitations en carbure sont progressivement sphéroïdantes, et la taille du carbure diminue progressivement. Il convient de noter que la taille microstructurale de l'acier testé ne change pas de manière significative avec l'augmentation de la température de température, qui est attribué à l'ajout d'élément MO dans l'acier testé. Des études antérieures ont montré que l'élément MO a les effets du renforcement de la solution solide, Augmentation de la ténacité, et améliorer la stabilité de la température -8]. L'acier testé contient également l'élément V, qui a un effet de renforcement des précipitations ]. Dans des études précédentes, Il a été constaté que les précipitations en carbure fine et dispersées sont en alliage de cimentite (M3C), Carbure durcie secondaire (V,X)C, et carbure non dissoux (V,X)C Pendant l'austénitisation, où m = fe, Cr, Mn; X = mo, Cr 10-12]. De plus, La précipitation de dispersion cohérente de la deuxième phase formée par des éléments de trace tels que les dislocations des broches MO et V, Amélioration des propriétés mécaniques de l'acier testé. Les températures de pointe durcissant les précipitations secondaires des éléments MO et V sont dans les gammes de 570-580 ° C et 600-625 ° C, respectivement 13].

3.2 Effet de la température de température sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques de l'acier testé à différentes températures de tempérament sont illustrées à la figure 2. Comme on peut le voir sur la figure 2(un), La résistance à la traction et la limite d'élasticité diminuent progressivement avec l'augmentation de la température de température. C'est parce que pendant la trempe, La structure de martensite à haute teneur en carbone éteinte subit une récupération, et les luxations subissent une réorganisation des glissements et une annulation mutuelle, C'est-à-dire, La densité de dislocation diminue, qui adoucissent la microstructure 4-15]. Notamment, La résistance à la traction va de 961 à 1023 MPa, et la limite d'élasticité varie de 928 à 992 MPa, indiquant une petite gamme de changements de résistance. Pendant le trempage, Les carbures fins et dispersés précipitent en continu, produire un effet de renforcement. Les effets de renforcement et d'adoucissement se compensent mutuellement, résultant en une petite plage de résistance de fluctuation, qui correspond à la microstructure trempée. Avec l'augmentation de la température de température, Le produit de la résistance et de l'allongement et de l'impact de l'énergie absorbée de l'acier testé présentent tous deux une tendance d'augmenter puis de diminuer, Comme le montre la figure 2(b, c). Le produit de la force et de l'allongement varie de 20.5 à 22.1 GPA ·%, et l'impact que l'énergie absorbée varie de 94.6 à 100.3 J.. C'est, L'acier testé présente une résistance élevée, plasticity, et la ténacité dans la plage de températures de température. When the tempering temperature is 550°C, L'acier testé a les meilleures propriétés mécaniques complètes, avec une résistance à la traction de 978 MPa, Force d'élasticité 935 MPa, produit de la force et de l'allongement de 22.1 GPA ·%, et impact énergétique absorbée de 100.3 J., démontrant une forte résistance et une ténacité élevée.

3.3 Effet de la température de température sur le comportement de fracture

Les morphologies de la zone de propagation des fractures de traction de l'acier testé à différentes températures de tempérament sont illustrées à la figure 3. On peut voir qu'ils présentent tous des morphologies de fracture ductile caractérisées par de belles fossettes, accompagné de bords de déchirure (indiqué par les flèches) et minuscules fissures secondaires, qui correspondent au produit élevé de la résistance et de l'allongement de l'acier testé, indiquant une forte plasticité. Les morphologies de la zone de propagation des fractures d'impact de l'acier testé à différentes températures de tempérament sont illustrées à la figure 4. On peut voir qu'ils présentent tous des morphologies fombes, avec des fossettes peu profondes et petites accompagnées de bords de déchirure (voir la figure 4(c), flèche), qui correspondent à l'énergie absorbée par un impact élevé, indiquant une ténacité élevée de l'acier testé.

4. Conclusions

L'acier auto-développé pour le boîtier d'huile de puits profond obtient la sorbite trempée dans la plage de température de température de 500 à 600 ° C, avec le degré de récupération de la structure de martensite de lattes, et les carbures sphéroïdisant et dispersant continuellement.
Dans la plage de température de température de 500 à 600 ° C, L'acier testé présente une résistance élevée, plasticity, et la ténacité, avec le produit de la force et de l'allongement allant de 20.5 à 22.1 GPA ·% et l'impact a absorbé une énergie allant de 94.6 à 100.3 J..
When the tempering temperature is 550°C, L'acier testé a les meilleures propriétés mécaniques complètes: force de traction de 978 MPa, Force d'élasticité 935 MPa, produit de la force et de l'allongement de 22.1 GPA ·%, et impact énergétique absorbée de 100.3 J..

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