China-API-5CT-Oilfield-Casing-Pipe-Suppliers-API-oil-13Cr-casing-and-tubing-oil-well-drill-steel-pipe--1280x960.jpg

Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến cấu trúc vi mô và tính chất của thép vỏ dầu được sử dụng cho các giếng sâu

Authors: Wang Jiaojiao, Zhao Linlin, Gao Yunzhe, Shi Shuai, Wu Xiaolong, Zhao Yanqing, Zhou Yuqing, Gong Junjie
(Hebei Dahe Materials Technology Co., Ltd., Shijiazhuang, Hà Bắc 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, và độ dẻo dai, with a product of strength and elongation ranging from 20.5 ĐẾN 22.1 GPa·% and impact absorbed energy ranging from 94.6 ĐẾN 100.3 J. When the tempering temperature is 550°C, Thép được thử nghiệm cho vỏ dầu giếng sâu thể hiện các tính chất cơ học toàn diện tốt nhất, với độ bền kéo của 978 MPa, năng suất sức mạnh của 935 MPa, sản phẩm của sức mạnh và sự kéo dài của 22.1 GPA ·%, và tác động hấp thụ năng lượng của 100.3 J.

Từ khóa: Thép vỏ dầu; Nhiệt độ ủ; Cấu trúc vi mô; Tính chất cơ học

1. Giới thiệu

Với sự cạnh tranh toàn cầu ngày càng tăng đối với các nguồn lực năng lượng chiến lược, Tài nguyên dầu khí đã thu hút sự chú ý đáng kể. Năng lực dự trữ và mức độ khai thác của họ có ý nghĩa lớn đối với việc hiện đại hóa xã hội 1-2]. Do việc khai thác liên tục các nguồn năng lượng dầu khí trong hơn một thế kỷ, Dự trữ tài nguyên năng lượng dầu khí dễ khai thác trên bề mặt Trái đất không thể đáp ứng nhu cầu của con người, dẫn đến một tỷ lệ ngày càng tăng của việc khai thác tài nguyên năng lượng dầu và khí cực sâu và cực kỳ sâu -4]. Theo thống kê, Trong những năm gần đây, Độ sâu của các giếng dầu và khí đốt trên toàn cầu đã tiếp tục phát triển nhanh chóng, với độ sâu của các giếng sâu vượt quá 5000 tôi, gần gấp đôi so với trước. Môi trường dịch vụ của vỏ dầu khí rất phức tạp và khắc nghiệt, và với sự gia tăng liên tục về độ sâu của các giếng dầu và khí đốt, Để đảm bảo an toàn, Các vỏ được sử dụng được yêu cầu phải có sức mạnh cao, Độ dẻo cao, và hiệu suất tác động cao 5-6].

2. Vật liệu và phương pháp thử nghiệm

Thép được thử nghiệm được sử dụng trong bài báo này đã được nấu chảy trong một 50 KG Nút không và đúc vào phôi thép với thành phần hóa học sau đây (Phần khối, %): 0.22C, 0.20Và, 1.35Mn, 0.28Cr, 0.17Mo, 0.18V., Cân bằng Fe. Phôi thép bị luyện kim được làm nóng đến 1250 ° C và được giữ cho 120 tối thiểu trong lò sưởi nhiệt, sau đó lăn vào một 15 Tấm cán nóng dày mm với nhiệt độ lăn ban đầu trên 1150 ° C và nhiệt độ lăn cuối cùng trên 850 ° C. Sau đó, nó được làm mát đến nhiệt độ phòng bằng cách chôn cất cát. Kim loại, sự va chạm, và khoảng trống mẫu có độ bền kéo đã được cắt từ tấm nung nóng, nóng đến 920 ° C và giữ cho 40 tối thiểu trong lò sưởi điện điện trở, Sau đó, được bảo hiểm nước đến nhiệt độ phòng. Sau đó, Chúng được làm nóng đến 500 ° C, 550°C, và 600 ° C và được tổ chức cho 60 phút, tiếp theo là làm mát không khí đến nhiệt độ phòng.

3. Kết quả thử nghiệm và thảo luận

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc vi mô

Hình ảnh OM và SEM của thép được thử nghiệm sau khi làm nguội nước và ủ ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong hình 1. Có thể thấy rằng cấu trúc vi mô được bảo vệ nước, có thể nhìn thấy rõ ràng các ranh giới hạt austenite trước (PAG) và ranh giới lath, và một cấu trúc thống nhất. Sau khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau, Sorbite được tăng cường có được. Sau khi ủ ở 500 ° C, Thép được thử nghiệm vẫn giữ lại cấu trúc máy tiện của martensite được làm nguội, với PAGB rõ ràng kèm theo kết tủa cacbua giống như phim, và các cacbua giống như thanh ngắn được phân phối chủ yếu ở ranh giới máy tiện và trên máy tiện. Sau khi ủ ở 550 ° C, PAGB của thép được thử nghiệm bắt đầu mờ, kèm theo sự kết tủa của các cacbua giống như thanh, và lượng mưa cacbua bắt đầu. Sau khi ủ ở 600 ° C, PAGB của thép được thử nghiệm nữa, và không có ranh giới lath rõ ràng nào có thể được quan sát. Các cacbua trở nên hình cầu hơn và mịn hơn. Với sự gia tăng nhiệt độ ủ, Mức độ phục hồi và kết tinh lại của thép được thử nghiệm liên tục tăng, Ranh giới PAGB và Lath dần dần mờ, kết tủa cacbua dần dần hình cầu, và kích thước cacbua giảm dần. Điều đáng chú ý là kích thước cấu trúc vi mô của thép được thử nghiệm không thay đổi đáng kể khi tăng nhiệt độ ủ, được quy cho việc bổ sung phần tử MO trong thép đã được thử nghiệm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phần tử MO có tác dụng tăng cường dung dịch rắn, Tăng độ dẻo dai, và tăng cường sự ổn định ôn hòa -8]. Thép được thử nghiệm cũng chứa phần tử V, có tác dụng tăng cường kết tủa ]. Trong các nghiên cứu trước đây, Nó đã được tìm thấy rằng lượng mưa cacbua tốt và phân tán là xi măng hợp kim (M3C), cacbua cứng thứ cấp (V.,X)C, và cacbua không được giải quyết (V.,X)C trong quá trình austenitization, WHERE M = Fe, Cr, Mn; X = mo, Cr 10-12]. Hơn thế nữa, Sự kết tủa phân tán kết hợp của giai đoạn thứ hai được hình thành bởi các yếu tố vi lượng như trật khớp MO và V chân, Cải thiện tính chất cơ học của thép được thử nghiệm. Nhiệt độ cực đại kết tủa thứ cấp của các yếu tố MO và V nằm trong phạm vi 570-580 ° C và 600-625 ° C, tương ứng 13].

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên các tính chất cơ học

Các tính chất cơ học của thép được thử nghiệm ở các nhiệt độ ủ khác nhau được thể hiện trong hình 2. Như có thể thấy từ hình 2(Một), cả độ bền kéo và cường độ năng suất giảm dần khi tăng nhiệt độ ủ. Điều này là do trong thời gian ôn hòa, Cấu trúc martensite carbon cao được dập tắt trải qua quá trình phục hồi, và các trật khớp trải qua tái tổ chức trượt và hủy bỏ lẫn nhau, Tức là, Mật độ trật khớp giảm, cả hai đều làm mềm cấu trúc vi mô 4-15]. Đáng chú ý, độ bền kéo dao động từ 961 ĐẾN 1023 MPa, và sức mạnh năng suất dao động từ 928 ĐẾN 992 MPa, chỉ ra một loạt các thay đổi sức mạnh nhỏ. Trong quá trình ôn hòa, Các cacbua tốt và phân tán liên tục kết tủa, tạo ra một hiệu ứng tăng cường. Các hiệu ứng tăng cường và làm mềm bù đắp cho nhau, dẫn đến một phạm vi biến động nhỏ của sức mạnh, tương ứng với cấu trúc vi mô được tăng cường. Với sự gia tăng nhiệt độ ủ, Sản phẩm của sức mạnh và độ giãn dài và tác động hấp thụ năng lượng của thép được thử nghiệm đều thể hiện xu hướng tăng đầu tiên và sau đó giảm, như trong hình 2(b, c). Sản phẩm của sức mạnh và độ giãn dài từ 20.5 ĐẾN 22.1 GPA ·%, và tác động hấp thụ năng lượng từ 94.6 ĐẾN 100.3 J. Đó là, Thép được thử nghiệm thể hiện cường độ cao, plasticity, và độ bền trong phạm vi nhiệt độ ủ. When the tempering temperature is 550°C, Thép được thử nghiệm có tính chất cơ học toàn diện tốt nhất, với độ bền kéo của 978 MPa, năng suất sức mạnh của 935 MPa, sản phẩm của sức mạnh và sự kéo dài của 22.1 GPA ·%, và tác động hấp thụ năng lượng của 100.3 J, thể hiện sức mạnh cao và độ bền cao.

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên hành vi gãy xương

Các hình thái của vùng lan truyền của gãy xương kéo của thép được thử nghiệm ở các nhiệt độ ủ khác nhau được thể hiện trong hình 3. Có thể thấy rằng tất cả chúng đều biểu hiện các hình thái gãy dễ chịu, đi kèm với các cạnh rách (được biểu thị bằng mũi tên) và các vết nứt thứ cấp nhỏ bé, tương ứng với sản phẩm cao của sức mạnh và độ giãn dài của thép được thử nghiệm, biểu thị độ dẻo cao. Các hình thái của vùng lan truyền của gãy xương tác động của thép được thử nghiệm ở các nhiệt độ ủ khác nhau được thể hiện trong hình 4. Có thể thấy rằng tất cả chúng đều thể hiện hình thái lúm đồng tiền, với các lúm đồng tiền nông và nhỏ đi kèm với các cạnh rách (Xem hình 4(c), mũi tên), tương ứng với năng lượng hấp thụ tác động cao, cho thấy độ bền cao của thép được thử nghiệm.

4. Kết luận

Thép tự phát triển cho vỏ dầu giếng sâu thu được sorbite được tăng cường trong phạm vi nhiệt độ nhiệt độ 500-600 ° C, với mức độ phục hồi của cấu trúc lath martensite liên tục, và các cacbua liên tục hình cầu và phân tán.
Trong phạm vi nhiệt độ ủ 500-600 ° C, Thép được thử nghiệm thể hiện cường độ cao, plasticity, và độ dẻo dai, với sản phẩm của sức mạnh và độ giãn dài từ 20.5 ĐẾN 22.1 GPA ·% và tác động hấp thụ năng lượng từ 94.6 ĐẾN 100.3 J.
When the tempering temperature is 550°C, Thép được thử nghiệm có tính chất cơ học toàn diện tốt nhất: sức mạnh kéo của 978 MPa, năng suất sức mạnh của 935 MPa, sản phẩm của sức mạnh và sự kéo dài của 22.1 GPA ·%, và tác động hấp thụ năng lượng của 100.3 J.

Tài liệu tham khảo

1. Knittel c r. Giảm tiêu thụ dầu khí từ vận chuyển [J]. Tạp chí Quan điểm kinh tế, 2012, 26(1): 93-118.
2. Lu Xiao Khánh, Li Qin, Li Chunxiang. Phát triển Vỏ đặc biệt TP110H cho các giếng phục hồi nhiệt dầu nặng cao]. Ống thép, 2007, 36(5): 14-17.
3. Li Zhoubo, Bi Zongyue, Zhang Feng, et al. Nghiên cứu và phát triển vỏ thép cấp thép Q125 [J]. Ống hàn và ống, 2013, 36(8): 32-35.
4. Zhang Yilong. Nghiên cứu về cấu trúc vi mô và tính chất của thép chống ăn mòn cho vỏ dầu [D]. Trùng Khánh: Đại học Khoa học và Công nghệ Trùng Khánh, 2018.
5. Bành Xianming. Nghiên cứu về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của vật liệu vỏ dầu 100V-cc-cc [D]. Lan Châu: Đại học Công nghệ Lan Châu, 2012.
6. Gu Zhengguan. Nghiên cứu về luật ảnh hưởng của quá trình làm mát được kiểm soát đối với cấu trúc vi mô và tính chất của vỏ dầu V140]. Thẩm Dương: Đại học Đông Bắc, 2019.
7. Shen Yutao, Zuo Pengpeng, Wu Xiaochun. Ảnh hưởng của MO đến độ ổn định nhiệt của thép chết 4CR5MO2V [J]. Xử lý nhiệt kim loại, 2022, 47(12): 168-174.
8. Zhou Jian, Pian Liping, Fang Feng, et al. Ảnh hưởng của hàm lượng MO đối với cấu trúc vi mô và điện trở ăn mòn của thép 9CR18MO [J]. Xử lý nhiệt kim loại, 2023, 48(12): 244-249.
9. Liu Bin. Nghiên cứu về cấu trúc vi mô và tính chất của việc rèn được kiểm soát và kiểm soát làm mát Bainitic không được làm quen và thép cường lực D]. Bắc Kinh: Đại học Jiaotong Bắc Kinh, 2022.
10. Lei Ming. Nghiên cứu về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép Mangan trung bình hợp kim]. Bắc Kinh: Đại học Jiaotong Bắc Kinh, 2019.
11. Gặp w, Zhang y j, Zhao x l, et al. Tính chất mệt mỏi chu kỳ rất cao của thép hợp kim thấp CR-MO có chứa kết tủa cacbua giàu Vanadi [J]. Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu A, 2016, 651: 311-320.
12. Wu Dongsheng, Đặng Wei, Wen Hui, et al. Ảnh hưởng của hàm lượng vanadi đối với sự phát triển hạt Austenite của thép CR-MO-V cho đĩa phanh của 350 KM/H Train tốc độ cao J]. Xử lý nhiệt kim loại, 2023, 48(9): 136-142.
13. Kihira h, Nó là s, Mizoguchi s, et al. Tạo ra khái niệm thiết kế hợp kim cho thép chống quản lý với boron [J]. Zairyo-to-Kankyo, 2000, 49(1): 30-40.
14. Zhou Cheng, Zhao Tan, Bạn qibin, et al. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến cấu trúc vi mô và độ bền nhiệt độ thấp của 1000 MPA Lớp Nicrmov Hợp kim carbon thấp]. Acta Metallurgica Sinica, 2022, 58(12): 1557-1569.
15. Yang ying, Xu Hongliang, Wang Yubo, et al. Ảnh hưởng của các quá trình xử lý nhiệt khác nhau đến cấu trúc vi mô và tính chất của thép cầu dày [J]. Xử lý nhiệt kim loại, 2023, 48(10): 23-28.