Efeito da temperatura de temperamento na microestrutura e propriedades de um aço de revestimento de óleo usado para poços 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, e resistência, with a product of strength and elongation ranging from 20.5 para 22.1 GPa·% and impact absorbed energy ranging from 94.6 para 100.3 J.. When the tempering temperature is 550°C, O aço testado para a carcaça de petróleo de poço profundo exibe as melhores propriedades mecânicas abrangentes, com força de tração de 978 MPa, força de escoamento de 935 MPa, Produto de força e alongamento de 22.1 GPA ·%, e impacto absorvido energia de 100.3 J..

Palavras -chave: Aço da carcaça de óleo; Temperatura de temering; Microestrutura; Propriedades mecânicas

1. Introdução

Com a crescente concorrência global por recursos de energia estratégica, Recursos de petróleo e gás atraíram considerável atenção. Seus níveis de capacidade de reserva e extração são de grande significado para a modernização da sociedade 1-2]. Devido à exploração contínua de recursos energéticos de petróleo e gás por mais de um século, As reservas de recursos de energia de petróleo e gás facilmente exploráveis ​​na superfície da Terra foram incapazes de atender à demanda humana, levando a uma proporção crescente da exploração de recursos de energia de petróleo e gás profundos e ultra-profundos -4]. De acordo com estatísticas, Nos últimos anos, A profundidade dos poços de petróleo e gás continuou a crescer rapidamente, com a profundidade dos poços profundos excedendo 5000 eu, quase dobrou em comparação com antes. O ambiente de serviço das carcaças de petróleo e gás é complexo e duro, e com o aumento contínuo da profundidade dos poços de petróleo e gás, para garantir a segurança, Os invólucros utilizados são necessários para ter alta resistência, alta plasticidade, e desempenho de alto impacto 5-6].

2. Materiais e métodos experimentais

O aço testado usado neste artigo foi fundido em um 50 forno a vácuo kg e fundido em um tarugo de aço com a seguinte composição química (fração em massa, %): 0.22C, 0.20E, 1.35Mn, 0.28Cr, 0.17Mo, 0.18V, Balance Fe. O tarugo de aço fundido foi aquecido a 1250 ° C e mantido por 120 min em um forno de preservação térmico, então rolou em um 15 mm de laje de espessura com rolagem quente com uma temperatura de rolamento inicial acima de 1150 ° C e uma temperatura final de rolamento acima de 850 ° C. Foi então resfriado à temperatura ambiente pelo enterro de areia. Metalográfico, impacto, e os espaços em branco da amostra de tração foram cortados da laje enrolada a quente, aquecido a 920 ° C e mantido para 40 min em um forno de aquecimento de resistência elétrica, Em seguida, a água para a temperatura ambiente. Posteriormente, Eles foram aquecidos a 500 ° C, 550°C, e 600 ° C e mantido para 60 min, seguido de resfriamento de ar até a temperatura ambiente.

3. Resultados experimentais e discussão

3.1 Efeito da temperatura de temperatura na microestrutura

As imagens OM e SEM do aço testado após a extinção da água e a temperatura em diferentes temperaturas são mostradas na figura 1. Pode-se observar que a microestrutura com problemas de água é uma martensita típica de Lath, com limites de grãos austenita anteriormente visíveis (Pag) e limites de ripas, e uma estrutura uniforme. Depois de temer a temperaturas diferentes, Sorbite temperado é obtido. Depois de temer a 500 ° C, O aço testado ainda mantém a estrutura de ripas da martensita extinta, Com Pagb claro acompanhado por precipitação de carboneto semelhante a um filme, e carbonetos curtos em forma de haste distribuídos principalmente nos limites de ripas e nas ripas. Depois de temer a 550 ° C, O pagb do aço testado começa a embaçar, acompanhado pela precipitação de carbonetos curtos do tipo haste, e a precipitação de carboneto começa a esferoidizar. Depois de temer a 600 ° C, o pagb do aço testado mais borrões, e nenhum limite óbvio de ripas pode ser observado. Os carbonetos se tornam mais esferoidizados e mais finos. Com o aumento da temperatura de temperamento, O grau de recuperação e recristalização do aço testado aumenta continuamente, Os limites de Pagb e Rath, A precipitação de carboneto esfera gradualmente, e o tamanho do carboneto diminui gradualmente. Vale a pena notar que o tamanho microestrutural do aço testado não muda significativamente com o aumento da temperatura de temperatura, que é atribuído à adição de elemento MO no aço testado. Estudos anteriores mostraram que o elemento MO tem os efeitos do fortalecimento da solução sólida, crescente resistência, e melhorar a estabilidade de temperamento -8]. O aço testado também contém o elemento V, que tem um efeito de fortalecimento da precipitação ]. Em estudos anteriores, Verificou -se que a precipitação fina e dispersa de carboneto é cimento de liga (M3c), Carboneto endurecido secundário (V,X)C, e carboneto não dissolvido (V,X)C durante a austenitização, onde m = fe, Cr, Mn; X = mo, Cr 10-12]. Além disso, A precipitação de dispersão coerente da segunda fase formada por traços elementos como luxações de pinos Mo e V, melhorando as propriedades mecânicas do aço testado. As temperaturas pico de pico de endurecimento da precipitação secundária dos elementos MO e V estão nas faixas de 570-580 ° C e 600-625 ° C, respectivamente 13].

3.2 Efeito da temperatura de temperamento nas propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas do aço testado em diferentes temperaturas de temperamento são mostradas na figura 2. Como pode ser visto na figura 2(um), A resistência à tração e a força de escoamento diminuem gradualmente com o aumento da temperatura de temperamento. Isso ocorre porque durante a temperatura, A estrutura de martensita de alto carbono extinta sofre recuperação, e os deslocamentos sofrem reorganização e cancelamento mútuo, Ou seja,, a densidade de deslocamento diminui, ambos os quais suavizam a microestrutura 4-15]. Notavelmente, A resistência à tração varia de 961 para 1023 MPa, e a força de escoamento varia de 928 para 992 MPa, indicando uma pequena gama de mudanças de força. Durante a temperatura, carbonetos finos e dispersos precipitam continuamente, produzindo um efeito de fortalecimento. Os efeitos de fortalecimento e amolecimento se compensam, resultando em uma pequena gama de força de flutuação, que corresponde à microestrutura temperada. Com o aumento da temperatura de temperamento, O produto da força e alongamento e impacto absorveu energia do aço testado, ambos exibem uma tendência de aumentar o primeiro e depois diminuir, Como mostrado na figura 2(b, c). O produto de força e alongamento varia de 20.5 para 22.1 GPA ·%, e o impacto absorvido de energia varia de 94.6 para 100.3 J.. Aquilo é, O aço testado exibe alta resistência, plasticity, e tenacidade dentro da faixa de temperatura de temeramento. When the tempering temperature is 550°C, O aço testado tem as melhores propriedades mecânicas abrangentes, com força de tração de 978 MPa, força de escoamento de 935 MPa, Produto de força e alongamento de 22.1 GPA ·%, e impacto absorvido energia de 100.3 J., demonstrando alta resistência e alta tenacidade.

3.3 Efeito da temperatura de temperatura no comportamento da fratura

As morfologias da zona de propagação das fraturas de tração do aço testado a diferentes temperaturas de temperamento são mostradas na figura 3. Pode -se observar que todos eles exibem morfologias dúcteis de fratura, caracterizadas por finas covinhas, acompanhado por arestas rasgadas (indicado por setas) e pequenas rachaduras secundárias, que correspondem ao alto produto de força e alongamento do aço testado, indicando alta plasticidade. As morfologias da zona de propagação das fraturas de impacto do aço testado em diferentes temperaturas de temperamento são mostradas na figura 4. Pode -se ver que todos eles exibem morfologias de dimpleências, com covinhas rasas e pequenas acompanhadas por arestas rasgadas (veja a figura 4(c), seta), que correspondem ao alto impacto absorvido pela energia, indicando alta tenacidade do aço testado.

4. Conclusões

1. O aço auto-desenvolvido para a carcaça de óleo profundo do poço obtém sorbita temperada dentro da faixa de temperatura de temperatura de 500-600 ° C, com o grau de recuperação da estrutura de martensita de ratina aumentando continuamente, e os carbonetos continuamente esferoidizando e dispersando.
2. Dentro da faixa de temperatura de temperamento de 500-600 ° C, O aço testado exibe alta resistência, plasticity, e resistência, com o produto de força e alongamento que variam de 20.5 para 22.1 GPA ·% e o impacto absorveu energia que varia de 94.6 para 100.3 J..
3. When the tempering temperature is 550°C, O aço testado tem as melhores propriedades mecânicas abrangentes: força de tração de 978 MPa, força de escoamento de 935 MPa, Produto de força e alongamento de 22.1 GPA ·%, e impacto absorvido energia de 100.3 J..

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