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热处理工艺对9Cr钢组织与力学性能的影响

时间:2016-10-28 11:53:00 编辑:黄金城gcgc手机版 浏览:
黄金城gcgc手机版2016-10-28讯:

随着中国油田开采年限的增加、海上油气开发以及油田高压开采等技术的推广,抽油杆的服役环境朝愈加恶劣的深井、腐蚀等方向发展。目前普遍采用的20CrMo、30CrMo和35CrMo材质制造的抽油杆断裂事故不断发生,严重影响了原油产量,增加了修井费用,提高了原油成本。因此,对抽油杆用钢的强度和耐腐蚀能力提出了更高的要求。科研人员设计了一种低碳中铬钢(9Cr钢),Cr的质量分数约为9%,这一含量高于耐候钢低于不锈钢,以保证在获得良好力学性能和耐蚀性的同时,可有效降低生产成本。通过研究其在不同冷速下的相变规律,以及不同奥氏体化温度下的显微组织和力学性能,总结冷却速度与奥氏体化温度对9Cr钢的影响,对未来生产这一新型抽油杆用设定热处理工艺提供引导。

试验用钢采用25kg真空感应炉冶炼,铸坯经1200℃保温1h后锻造成Φ25.4mm×2m的钢棒,终锻温度为900℃,锻后空冷至室温,试验钢化学成分(质量分数,%):C0.082,Cr9.140,Si0.230,Mn0.150,P0.005,S0.002。

从钢棒上切取热膨胀试样,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5s时间内将温度降至Ac3温度,再分别以0.03、0.06、0.14、0.28、0.81、1.62、4.05、8.10和16.2℃/s连续冷却至室温,根据热膨胀曲线,利用切线法测定试验钢在不同冷却速度下的相变温度,结合金相和硬度试验作出连续冷却转变曲线,并根据相变规律估画组织演变鼻点。对钢棒分别加热至860和1000℃进行保温20min的奥氏体化处理,然后空冷至室温,最后加热至200℃回火1h。利用OM、SEM、TEM、XRD和室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。

研究表明,随着冷却速度增加,9Cr钢发生铁素体/珠光体相变、贝氏体相变,其中马氏体相变临界冷速为1.6℃/s;860℃热处理后9Cr钢的显微组织为板条贝氏体/马氏体和少量等轴铁素体,并有4%的残余奥氏体;奥氏体化温度升至1000℃后,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860℃热处理后基本相同,均达到HL级抽油杆钢的要求,说明9Cr钢具有较宽的奥氏体化温度窗口。




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