超深储层白云岩力学行为及宏细观破裂特征试验研究

超深层海相碳酸盐岩储层油气资源丰富,是我国油气“增储上产”的重要领域。超深层油气储层受高应力和高温共同影响,此时岩石的力学特性发生明显变化,这增大了破岩难度,增加钻井事故概率,制约着超深层油气资源勘探进程与效益开发。本文采用三轴压缩试验和工业CT扫描重构相结合的手段对超深层海相碳酸盐岩储层岩石进行了不同围压下的力学试验,并对试验后试样的细观破裂形态进行了重构研究。研究表明,围压对岩石的强度、变形特性以及破裂特征有重要的影响;随着围压的增大,岩石的峰值强度、弹性模量、峰值应变以及残余强度均增大;单轴条件下岩石主要以轴向劈裂为主,随着围压的增大,逐渐转为剪切破坏;单轴压缩条件下岩石的裂缝数量、裂缝体积以及平均裂缝宽度均高于三轴压缩条件下,表明围压的存在抑制了裂缝的扩展。研究成果对于深层油气资源勘探开发具有重要意义。

三轴循环荷载下土石混合体细观结构劣化实时CT扫描试验研究

为了揭示土石混合体在三轴循环荷载作用下的结构劣化特征和细观损伤演化过程,采用自行设计的工业CT机配套加载装置对块石含量分别为30%, 40%和50%和土石混合体试样进行了低围压实时CT扫描力学试验。重点研究了块石含量对宏观应力-应变曲线、滞回环形态、裂纹几何形态参数和剪胀效应的影响。试验结果表明:反复的循环加卸载导致试样的塑性应变逐渐增大,应力滞回环呈现出稀疏-密集-稀疏形态。在相同应力幅值下,土体基质中块石的存在影响滞回环的形态,随着块石含量的增大,滞回环的面积减小,块石含量较高时,土石间咬合作用形成的骨架效应增强,从而土石混合体结构弱化过程中的能量耗散相应减弱。采用图像处理算法对试样在不同加载周数下的块石和裂纹进行了识别、提取和分析,块石含量较高时裂纹的起裂要先于低含石量的试样,不同含石量土石混合体试样在相同加载周数下的损伤程度有所不同,裂纹的面积、长度、平均宽度和分形维数随块石含量的增大而减小。由于土体和块石的高度弹性不匹配,土石混合体试样的应变局部化现象导致试样剪胀行为的差异,裂纹的扩展和宏观破裂面的形成受块石含量影响较大,土石混合体体积剪胀效应随着块石含量的增加而减弱。研究结果有助于深入理解工程扰动作用下土石混合体的损伤劣化机制,可为土石混合体有关的工程建设及防灾减灾提供必要的理论支撑。

一种TRIP/TWIP型双相不锈钢的相图及其亚稳奥氏体组织稳定性计算

利用热力学软件Thermo-calc 计算了一种具有相变诱导塑性（TRIP）和/ 或孪晶诱导塑性（TWIP）功能的双相不锈钢的相图及其中亚稳奥氏体（相）组织的稳定性,得到了其M？N 的伪二元平衡相图、平衡条件下的相比例变化、两相中合金元素的配分规律以及层错能SFE 与马氏体转变温度Md30的变化规律.计算结果表明,试验钢中相组成、相比例等均对温度敏感,特别是在不同加热温度下（800～1 200 ℃）,由于两相中合金元素含量变化,使得亚稳奥氏体相稳定性（SFE 和Md30）发生改变,进而将导致试验钢的变形机制变化.

新型节镍奥氏体耐热钢的亚动态再结晶行为

在Gleeble-3800热模拟试验机上利用双道次热压缩实验,研究新型节镍奥氏体耐热不锈钢21Cr-11Ni-N-RE在变形温度950~1 150℃、应变速率0.1~10 s^-1,道次间保温时间为0.5~30 s的亚动态再结晶行为。建立亚动态再结晶的动力学模型,并将预测值与试验值进行比较。研究结果表明：试验钢易发生亚动态再结晶,随着道次间保温时间的延长、应变速率的增大和变形温度的升高,材料亚动态再结晶体积分数迅速增大;预应变超过峰值应变后,应变继续增大对亚动态再结晶体积分数的影响十分有限。21Cr-11Ni-N-RE耐热不锈钢的亚动态再结晶激活能Qmdrx为130.417 k J/mol,模型预测值与试验值吻合较好。

细匀化处理对双相不锈钢组织及性能的影响

以2205双相不锈钢为研究对象,通过微拉伸力学性能测试、金相显微观察、断口扫描分析及浸泡腐蚀与电化学腐蚀等分析,研究其通过过饱和单相处理并经重度冷变形及固溶处理实现双相不锈钢细匀化后的组织特征及其性能变化。结果表明,过饱和单相区工艺可明显细化奥氏体相且使其分布均匀,显著提高两相组织的均质化程度,有助于消除各向异性,并使得抗拉强度增大;不同工艺下材料的抗拉强度值与显微硬度值之间满足一定关系。经6%的FeCl_3溶液浸泡加速腐蚀试验及电化学试验获得的极化曲线结果综合评价,细匀双相组织的耐蚀性较好。

一种节镍型奥氏体耐热钢热变形行为的研究

通过热压缩实验研究了21Cr^(-1)1Ni-N-RE节镍型奥氏体耐热钢的热力学行为和微观组织演变过程。通过对实验数据的回归分析,得到实验钢热变形激活能为451 k J/mol,应力指数为5.12。建立了热变形方程,确定了最大变形抗力和动态再结晶临界应变预测模型。通过对微观组织演变过程的分析,得到了实验钢获得均匀细小的完全动态再结晶组织的热变形条件为1150℃和10 s^(-1)。

铸态双相不锈钢高应变率下热变形流变应力预测模型

采用热压缩试验研究了22Cr铸态双相不锈钢在变形温度为1000～1200℃,应变速率为1～50 s-1条件下的热变形行为。为了准确的表征双相不锈钢热变形过程中的力学行为,修正了热压缩过程中摩擦和变形热效应引起的流变应力误差。在此基础上建立了双相不锈钢的流变应力预测模型。该模型通过考虑应变对材料常数（α、n、Q和ln A）的影响,进一步获得了双相不锈钢热变形过程中流变应力与变形温度、应变速率和应变的关系。结果表明：所建立的模型能较好的预测双相不锈钢的热变形行为,预测值与实验值的相关系数为0.995,平均相对误差为4.48%。

Fe-22Cr-5Ni-0.18N双相不锈钢细匀化工艺

基于＂高温单相处理、重度冷变形及双相区固溶处理＂双相不锈钢的细匀化工艺获得了细小均匀的双相（α＋γ）组织,借助光学显微镜（OM）、电子背散射衍射技术（EBSD）研究了固溶处理对细匀化工艺中显微组织演变的影响。结果表明：与＂双相区变形＋固溶处理＂工艺相比,细匀化工艺组织中的γ相大多从α相的三叉晶界处析出,其沿变形方向的带状分布得到明显改善且两相的晶粒尺寸差异较小,均匀化程度显著提高;另外,在相同的固溶处理下,两种工艺中的两相比例基本相同。而在细匀化工艺中,γ相尺寸随加热温度的升高与保温时间的延长而增大;在1050~1150℃加热,保温10 min条件下,γ相的尺寸与加热温度之间呈线性关系;在1100℃加热,保温10~60 min条件下,γ相尺寸的立方与保温时间之间同样呈近线性关系。