封隔器卡瓦用20CrNiMo钢和20CrMnMo钢在某油田井下工况中的腐蚀行为

在模拟深井/超深井的高温、高压、含CO_(2)/H_(2)S环境中,对封隔器卡瓦用20CrMnMo钢和20CrNiMo钢开展腐蚀试验;利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱技术(XPS)和电化学测试等方法对比研究了两种材料的腐蚀行为。结果表明:模拟深井/超深井工况下,20CrMnMo钢腐蚀形态为典型的全面腐蚀,而20CrNiMo钢腐蚀形态为点蚀;两种材料表面形成的腐蚀产物均呈双层结构,外层腐蚀产物均由疏松絮状FeS和颗粒状FeCO_(3)构成;20CrNiMo钢内层腐蚀产物由单一的FeCO_(3)构成,而20CrMnMo钢内层腐蚀产物除了FeCO_(3)还有少量Cr(OH)_(3),Cr(OH)_(3)的存在有效提高了该钢内层腐蚀产物膜的保护性,从而使该钢耐蚀性能明显优于20CrNiMo钢。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

20Cr13不锈钢表面激光熔覆M2涂层性能分析

采用激光熔覆技术在20Cr13基体表面制备M2涂层,利用超景深显微镜、光学显微镜、XRD以及维氏硬度仪对M2涂层的宏观形貌、微观组织、物相组成和显微硬度进行分析,利用电化学工作站测量M2涂层和20Cr13基体的Tafel曲线以及腐蚀形式。研究结果表明:涂层的主相是α-Fe和碳化物硬质相(M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)),与基体形成良好冶金结合。涂层的硬度均值在729.5 HV,是基体硬度均值的3.8倍。基体的自腐蚀电位最大,自腐蚀电流密度最小,涂层的耐腐蚀性比基体的差;涂层的腐蚀形式以点蚀和晶间腐蚀为主,基体以孔蚀和晶间腐蚀为主。

20Mn2钢链条断裂原因分析

某厂20Mn2钢链条在使用中断裂。为找出链条断裂的原因,检测了断裂链条的化学成分、硬度、显微组织和断口形貌。结果表明:链条表面脱碳严重,导致表面疲劳强度和硬度下降;心部有大量铁素体和氧化物夹杂,导致其力学性能降低。是这两个因素导致链条在使用中断裂。

超低氧钢20CrMOH和60Si2MnA中TiN夹杂的控制

研究了超低氧(10×10^(-6))钢20CrMoH和60Si2MnA转炉终点[C]和LF渣(TiO_2)对转炉终点[Ti]和LF精炼过程△[Ti]的影响,以及[S]、[N]对TiN生成的影响。结果表明,试验钢TiN夹杂有两类:(1)单独TiN;(2)CaS为核心的复合TiN。20CrMoH钢中TiN夹杂较少,60Si2MnA钢中TiN占夹杂总量的50%～60%。随铸坯中S含量的增加,TiN夹杂含量增加;当[Ti]为(69～80)×10^(-6),[N]、[S]分别从(60～74)×10^(-6)和(30～35)×10^(-6)降至(27～35)×10^(-6)和(14～20)×10^(-6)时,TiN个数从4.4～6.1个/cm^2降低到0.4～1.1个/cm^2;当[S]≤0.002%,钢中无CaS-TiN复合夹杂析出。

20MnCrNi2MoRE钢贝氏体回火过程

针对20MnCrNi2MoRE低合金耐磨铸钢,采用洛氏硬度计、扫描电镜和透射电镜观察分析其在200~650℃范围内的回火转变过程。结果表明,20MnCrNi2MoRE钢铸态组织为粒状贝氏体,200℃回火时,贝氏体铁素体条首先发生变化,500℃回火时,在贝氏体铁素体条内、晶界及位错处观察到有碳化物析出。300℃回火时观察到(M/A)岛发生分解,650℃回火时(M/A)岛已经完全分解。低于500℃回火时,硬度变化不大,500℃以上回火时,由于位错密度降低和碳化物聚集长大,使硬度显著降低。

20Cr2Mn2Mo钢渗碳后空冷开裂原因探讨

２０Ｃｒ２Ｍｎ２Ｍｏ钢渗碳后空冷开裂原因探讨太原重型机械集团公司热处理分厂（太原０３００２４）田香菊李祝群ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｒａｃｋｉｎｇＣａｕｓｅｏｆＣａｒｂｕｒｉｚｅｄ２０Ｃｒ２Ｍｎ２ＭｏＳｔｅｅｌａｆｔｅｒＡｉｒＣｏｏｌｉｎｇＴｉａｎＸｉａ...

高强韧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨热处理工艺的优化

研究正火-回火和等温热处理工艺对U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨显微组织和力学性能的影响。结果表明:试验钢经900℃正火+300℃回火后的力学性能为抗拉强度为1 396 MPa,伸长率为16.0%,冲击吸收功K_(U2)为57J,HB硬度值402;试验钢经870~930℃加热空冷至300℃等温处理后,抗拉强度基本保持在1 300 MPa左右,伸长率为17.0%,冲击吸收功K_(U2)≥80 J,HB硬度值375~395;和传统的正火+回火工艺相比,优化的等温热处理工艺可以大幅提高U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的冲击韧性,室温冲击吸收功由57 J提高到80 J以上,提高40%~56%,而断后伸长率基本保持不变,抗拉强度和踏面硬度略有降低。最佳优化工艺为:870℃正火后空冷至300℃保温4 h后空冷。

稀土添加量对20CrMnTi钢表面碳铌复合渗层组织及性能的影响

目的提高20CrMnTi钢表面硬度及耐磨性能。方法采用粉末包埋法在20CrMnTi钢表面制备了碳铌复合渗层。粉末渗铌剂组成为铌粉、氧化镧、氧化铝及氯化铵,渗铌温度为950℃,保温时间为5 h。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、能谱仪、X射线衍射仪及微动摩擦磨损试验机,研究了不同La_2O_3添加量条件下,碳铌复合渗层的硬度、厚度、组织、物相组成及摩擦系数。结果不同La_2O_3添加量条件下,复合渗层主要由NbC相组成,厚度为23~28mm,硬度为2250~2950HV0.5。随着La_2O_3添加量的增加,复合渗层物相组成变化不明显,渗层晶粒尺寸先增大后减小,厚度逐渐下降,硬度先上升后逐渐下降,摩擦系数基本是先上升后下降。稀土添加量(质量分数)为0.5%时,其摩擦系数较低。结论粉末包埋复合渗铌渗剂中,La_2O_3的最佳添加量为0.5%,能细化渗层晶粒尺寸,有利于提高20CrMnTi表面碳铌复合渗层的致密性及硬度。

20Cr2Ni4钢的渗碳工艺试验

20Cr2Ni4钢是一种高Cr、Ni渗碳合金钢,具有良好的淬透性、硬度和心部韧性。采用“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”及“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”两种工艺对20Cr2Ni4钢进行热处理,并从显微组织、渗层硬度梯度、表面及心部硬度、耐磨性与冲击性能等方面进行对比。结果表明:“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”处理后的试样渗碳效果、表面硬度更好,“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”处理后的试样则减少了淬火变形与表层氧化脱碳。

热处理工艺对20CrMn2Si2Mo耐磨钢板组织和性能的影响

研究了热处理工艺对20CrMn2Si2Mo耐磨钢板组织和性能的影响。结果表明:实验材料经轧制+300℃回火和轧制+920℃空冷+300℃回火态的组织由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成,属新型贝氏体组织;轧制+920℃油冷(或水冷)+300℃回火后的组织由板条马氏体和残余奥氏体组成;与轧制态相比,轧制+300℃回火可显著提高材料的韧性,轧制及920℃奥氏体化后,分别采用不同介质冷却的试验结果表明,材料在轧制+920℃空冷+300℃回火后具有较好的综合性能。

预氧化处理对20Cr2Ni4钢渗碳淬火工艺的影响

在渗碳热处理前增加预氧化工序,可以使产品的渗层更趋均匀,并适量提高渗速。本研究在不同预氧化温度和预氧化时间下对20Cr2Ni4钢进行预氧化,再进行“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”热处理,检测不同工艺下所得试样的显微组织与性能,探究预氧化时间和温度对热处理试样的显微组织、硬度、渗碳层深度及耐磨性等相关性能的影响规律,从而确定最佳预氧化时间及温度。结果表明:预氧化并不会影响试样渗碳淬火后的组织,500℃预氧化60 min后热处理试样的渗碳层不均现象得到改善,其表面硬度、渗碳速度以及耐磨性亦有所提升。

12Cr2MolVR与20MnMoNb异种钢焊接工艺研究

某换热器项目短筒身选用12Cr2M01VR材质,管板选用20MnMoNb锻件材质。12Cr2MolVR和20MnMoNb在力学性能和化学成分上差异较大,生产难度较大。针对异种钢焊接,选择了合适的焊接材料,制定了合理可行的工艺,保证了产品的焊接质量。

20CrMnSiNi2A钢淬透性

采用末端淬火法研究了20CrMnSiNi2A钢的淬透性及其影响因素。结果表明,钢中加入Ni元素,适当提高淬火加热温度均能有效地改善20CrMnSiNi2A钢的淬透性。

20Cr_2Mn_2MoA钢组织遗传的研究

研究20Cr2Mn2MoA组织遗传的形核规律,结果表明:20Cr2Mn2MoA在二次淬火慢速加热时发生粗晶组织遗传是通过针状奥氏体的形成、合并而形成的。

高强无磁不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N的热加工特性

利用Gleeble 3800热模拟机对奥氏体不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N进行热压缩实验,研究该钢种的高温变形与应变速率以及温度的关系,建立了双曲正弦本构方程,最终得到其热激活能为679.58 kJ/mol,应变速率因子Z=εexp(679580/R T)。实验结果表明,在950~1200℃,0.01~10 s^(-1)条件内,材料变形过程均发生动态再结晶,在950℃,应变速率为0.1 s^(-1)条件下,再结晶开始的变形量为10%。流变应力随温度升高及应变速率降低呈现明显下降趋势,由950℃、10 s^(-1)时的326 MPa降低至1200℃、0.01 s^(-1)时的75 MPa。结合微观组织分析及锻造试验,对压缩试样开裂问题进行深入探究,结果表明晶界处碳、氧化物的聚集恶化晶界塑性,导致热变形过程中在该处形成裂纹源并逐步扩展。通过热处理和热变形试验,确定Cr21Ni13Mn5Mo2N电渣锭在1170℃固溶6 h后晶界碳、氧化物消除,电渣锭晶界处结合力明显提升,成功消除锻造开裂问题,实现锻造成材率大幅提升。

热处理对超高强度20Mn2Cr汽车钢组织和性能的影响

研究了热处理工艺参数对20Mn2Cr钢显微组织和性能的影响规律,并采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射技术等研究了不同奥氏体化温度和回火温度下实验钢中的马氏体组织特征和碳化物析出形貌。结果表明,实验钢经900℃奥氏体化处理时可以保证较小的原奥氏体晶粒尺寸及细小的马氏体板条束宽度;550℃再结晶退火可以进一步细化原奥氏体晶粒尺寸及马氏体板条束宽度;淬火后的回火处理有利于Cr碳化物粒子的析出。通过调整热处理工艺,20Mn2Cr钢可以获得1000-1700 MPa级的系列超高强度,同时可以实现超高强度与高塑性的良好匹配。

5Cr油套管钢在含Cl^(-)的CO_(2)环境中的腐蚀特性研究

目的掌握油气井生产中CO_(2)腐蚀对油套管的影响规律,研究兼顾耐蚀性和经济性的5Cr油套管材料在含Cl^(-)的CO_(2)环境中不同时间下的腐蚀演变规律。方法采用XRD、XPS、SEM和EDS等技术分析5Cr油套管钢在不同时间下腐蚀产物膜的演变情况,利用丝束电极(WBE)和阻抗测试(EIS)技术对其腐蚀电化学行为进行研究。结果5Cr油套管钢腐蚀后期的平均腐蚀速率约为初期的1/2,在腐蚀14 d后,腐蚀产物膜中的Cr富集大于30%,Cr、Fe质量比达到较高水平,约为基体的15倍。随着腐蚀的进行,电荷传递电阻和产物膜覆盖引起的电阻增大,电化学反应阻力增大。在腐蚀前期具有局部不均匀性,随着腐蚀的进行,电极腐蚀电位有负移现象,最终分布区间为−0.59~−0.61 V,电极表面阳极电流区域大幅减少。结论在腐蚀时间延长的条件下,5Cr油套管钢腐蚀产物膜的致密性增加,电荷传递电阻呈变大趋势。在产物膜下的5Cr油套管钢区域,电流发生由阴极向阳极极性转变的现象,产物膜存在的孔隙使5Cr油套管钢基体金属被腐蚀,从而导致阳极电流的出现。表面局部腐蚀电位阳极区的形成和扩展使其有产生点蚀的倾向,但腐蚀产物逐渐沉积在点蚀坑内壁,形成了Cr富集的保护性表面层,原发生点蚀区域由原阳极活性点位转变为阴极区,对其发展起到了抑制作用。

脱氧工艺对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响

研究了实际生产中脱氧剂硅钙钡的加入量及加入时间对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响。研究结果表明,虽然试验炉次硅钙钡脱氧剂加入量较原工艺减少180 kg,但是调整其加入工艺,试验炉次终点钢中总氧量基本保持不变。精炼后期钢水发生增氧及增氮现象,表明钢水发生了二次氧化。应适当降低VD破空后软吹气体流量,加强中间包保护浇铸,防止钢液裸露造成二次氧化。减少硅钙钡的加入量后,精炼渣碱度及Al_(2)O_(3)质量分数较原工艺有所降低,VD精炼后夹杂物的平均尺寸较原工艺有所降低,夹杂物平均成分发生了较大变化,CaO质量分数降低,SiO_(2)质量分数升高,Al_(2)O_(3)质量分数降低,MgO质量分数升高,在相图中夹杂物平均成分朝高熔点区移动,更有利于夹杂物上浮去除。

80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。