焊前热处理对J55钢自动TIG焊接头组织性能的影响

目的针对J55钢焊接性较差、接头热影响区(HAZ)易出现脆硬马氏体组织等问题,在焊前对J55钢母材进行热处理,研究其焊接接头。方法在焊前对J55钢母材进行了760℃与880℃的热处理,采用TIG焊方法进行了焊接,研究了热处理前后TIG焊对接头显微组织和力学性能的影响。结果经焊前760℃热处理后,母材中的珠光体(P)含量显著减少并且发生细化,焊后接头HAZ组织转变为晶界铁素体(GBF)、针状铁素体(AF)和P;经焊前880℃热处理后,母材的显微组织主要为多边形铁素体(PF)和AF,在焊后接头的HAZ中形成了PF、贝氏体(B)和M-A组元。2种热处理接头焊缝区(WZ)的盖面层组织为GBF和AF,靠近和远离盖面层的打底层组织主要为PF和P;未热处理接头HAZ组织为PF、B和马氏体(M)。与2种热处理接头相比,未热处理接头的显微硬度居中,抗拉强度最高,延伸率最低,拉伸断裂位于熔合线与HAZ之间,断口呈脆性断裂特征。与760℃热处理相比,经880℃热处理的焊接接头HAZ显微硬度最高值达523HV,为760℃热处理的2.2倍,接头抗拉强度提高了2.2%,但延伸率降低了7.6%。2种热处理接头拉伸后均断裂在母材,断口均呈韧性断裂特征。结论先在焊前对J55钢母材进行热处理再采用TIG焊进行焊接,可获得力学性能优异的焊接接头,在焊前760℃热处理的条件下,得到的接头力学性能最优。

J55钢套管材料在地层水服役环境中的安全性评价和可靠性预测

建立了J55钢套管抗挤强度和抗拉强度有限元模型,分析了均匀腐蚀和局部腐蚀J55钢套管的力学性能,对比了缓蚀剂加注前后油气井采出水中J55钢套管的力学性能及使用寿命。结果表明:建立的模型可以有效用于J55钢套管的力学分析;局部腐蚀会显著降低J55钢套管的剩余强度,且相同腐蚀深度(1 mm)条件下,局部腐蚀J55钢套管的剩余抗拉强度比均匀腐蚀J55钢套管的降低23.3%;在不含缓蚀剂的油气井采出水中,J55钢套管的力学性能显著降低且平均使用寿命仅为2.8 a,添加缓蚀剂后,J55钢套管力学性能显著提高,且使用寿命也大幅提高。

改善55钢零件高频感应淬火金相组织的措施

通过分析55钢制造减速器零件的高频感应淬火组织,并分别对零件的基体组织、感应加热功率、加热时间及淬火液浓度等影响淬火组织的各种因素进行试验验证,最后提出了改善55钢感应淬火金相组织的有效措施。

大型中间轴55钢锻件晶粒度控制研究

针对55钢中间轴锻件极易发生粗晶的问题,对55钢进行了820~980℃温度下的奥氏体粗化试验,以及770~920℃温度下的正火试验,研究导致该材料晶粒严重粗化的临界温度以及不同正火温度对其微观组织的影响。结果表明:当温度加热到950℃时,55钢晶粒严重粗化;正火温度在860℃时,可以在细化晶粒的同时,消除网状铁素体,获得良好的组织形态。基于研究结果改进中间轴锻造及正火工艺,有效解决了无损检测粗晶的问题。

J55钢腐蚀规律的实验研究及结果分析

为弄清J55钢管材在不同地层水环境下的腐蚀情况,本实验对5个区块,6个层位,分别是长2、长3、长4+5、长6、长10、洛河砂岩层进行水质分析,测试了矿化度、Fe、S、O含量及侵蚀性CO2含量。采用静态腐蚀挂片实验,使用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X-衍射(XRD)分析方法,对挂片的腐蚀形态及腐蚀产物定性、定量分析,研究不同地层水环境下的腐蚀速率。由此得出,不同水质对管材的腐蚀速率不同,腐蚀速率最高的是位于长2的1号井腐蚀速率为0.0919g·m-2·h-1,最低的是位于长10的3号井腐蚀速率为0.0047 g·m-2·h-1,平均腐蚀速率为0.0534g·m-2·h-1。根据检测结果分析得知,挂片多呈现局部腐蚀,形貌呈点蚀、坑蚀,腐蚀产物多为FeO(OH)、Fe3O4、FeCO3。结论认为腐蚀因素主要为溶解氧、Cl-,SRB;腐蚀机理为氧腐蚀、电化学腐蚀及细菌腐蚀协同作用。

高矿化度介质中J55钢的CO_2腐蚀电化学行为

通过动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)的测试,研究了高矿化度溶液中矿化度对J55钢CO_2腐蚀电化学行为的影响.结果表明:在高矿化度介质中,J55钢的CO_2腐蚀为阴极控制.随溶液矿化度增大,腐蚀电位正移,腐蚀速率先升高,后降低,当矿化度为62.423 g/L时,腐蚀速率最大.随溶液矿化度增加,J55钢的CO_2腐蚀由电化学步骤控制转变为传质和电化学步骤混合控制,并且矿化度越高,传质控制越明显.J55钢的电化学阻抗谱呈现3个时间常数,即高频容抗弧、低频感抗弧和低频容抗弧.随溶液矿化度增大,电荷传递电阻先减小后增大,在62.423 g/L左右出现极小值.

Cl^-含量对J55钢CO_2腐蚀行为的影响

利用高温高压模拟实验、微观形貌观察和电化学测试研究了介质中Cl^-含量对J55钢CO_2腐蚀行为的影响。结果表明,在研究范围内(Cl^-含量为0～200 g/L),随Cl^-含量的增加,J55钢均匀腐蚀速率减小,腐蚀产物膜变得更加致密,对基体保护能力增强,且无明显局部腐蚀。Cl^-含量的变化没有改变电极反应活化控制步骤,但随含量增加,溶液的pH值降低,同时更多Cl^-占据阴极活性点,阻滞了阴极反应,提高了腐蚀电位。Cl^-含量较低时电化学阻抗谱呈现三个时间常数,随Cl^-含量增加,中低频区感抗弧逐渐消失,金属表面被完整的腐蚀产物膜覆盖。

气液双相流条件下HCO_3^-对J55钢腐蚀行为的影响

HCO3-在油气田地下水中含量丰富,其电化学特性活跃,它对J55钢的电化学行为有着极大的影响。国内外大量学者对这一问题进行了研究,但他们的研究结论都是在静态条件下得出的,而对气液双相流条件下HCO3-对J55钢电化学性能影响的研究则较少,且没有具体的结论。为此,利用电化学阻抗谱技术(EIS)研究了NaHCO3溶液浓度为0.1mol/L时的气液双相流对J55钢腐蚀行为的影响。结果发现:阻抗谱由高频和低频两个容抗弧组成,腐蚀时间越长,钝化膜对基体的保护作用越好,容抗弧半径越大,试样的抗均匀腐蚀能力越大,试样表面腐蚀速度越慢。

55钢CBN砂轮平面磨削的磨削力模型研究

本文建立了基于未变形磨屑厚度的磨削力计算模型。根据55号钢的CBN砂轮平面磨削实验,首先采用随机方向搜索法对切向力模型进行优化拟合,再根据拟合的参数对法向力模型进行优化,得出了CBN砂轮与工件之间的摩擦系数和磨粒顶锥角。分析了摩擦力在磨削力中所占比重的影响因素,结果表明:当切深不变时,随着vs/vw比值的增加,磨削力以及摩擦力在磨削力中所占的比重均下降,但当磨粒间距增加时,磨削力减小,而摩擦力在磨削力中所占比重增加。

J55钢在Cl^-/HCO_3^-体系中的腐蚀行为

用动电位极化法和交流阻抗谱技术(EIS)研究了J55钢在不同浓度NaCl溶液、NaHCO_3/NaCl溶液中的腐蚀行为,并分析了相关电化学参数随Cl^-/HCO_^-浓度及腐蚀时间的变化规律。结果表明,Cl^-浓度的增加不但可以促进阳极反应,而且对阴极反应速度也有一定影响;其在不同浓度NaCl溶液中测得的容抗弧都会发生末端收缩现象。随着NaCl溶液中NaHCO_3含量的增加,阳极极化曲线上的钝化现象越来越明显,EIS中容抗弧的半径也逐渐增大,表明J55钢基体表面生成钝化膜的能力增强,J55钢在NaCl/NaHCO_3体系中的腐蚀阻力增大,抗均匀腐蚀的能力增强,均匀腐蚀速率减小。

J55钢级焊接油井管在线控冷工艺的研究

针对一种J55钢级焊接油井管的生产工艺新流程,在搭建的冷却工艺试验平台上研究了冷却速率、加热速率和喷淋方式对钢管微观组织和机械性能的影响。结果表明:热张力减径工序后采用加速冷却,有利于钢管机械性能的提高;提高焊管热张力减径前的再加热速率,有利于钢管机械性能的提高;切圆喷淋的冷却方式能大大提高钢管的冷却均匀性。

J55钢在NaHCO_3溶液中的腐蚀行为

利用电化学阻抗谱(EIS)技术研究了J55钢在不同浓度NaHCO_3溶液中的腐蚀行为。结果表明:在HCO_3^-质量浓度为1 g·L^(-1)和5 g·L^(-1)时,J55钢的EIS谱为单容抗弧,其末端收缩程度不同;当HCO_3^-质量浓度增大到10 g·L^(-1)时,J55钢的EIS谱的高频区是一个容抗弧,低频区为感抗弧;当HCO_3^-质量浓度增大到30 g·L^(-1)时,阻抗谱由高频区的容抗弧和低频区的Warburg阻抗组成;当HCO_3^-质量浓度从1 g·L^(-1)增大到5 g·L^(-1)时,弥散指数增大,而从5 g·L^(-1)增大到30 g·L^(-1)时,弥散指数减小;HCO_3^-质量浓度从1 g·L^(-1)增大到5 g·L^(-1)时,腐蚀速率增大,而从5 g·L^(-1)增大到30 g·L^(-1)时,腐蚀速率减小。

应力比对套管钻井用J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响

利用电液伺服疲劳试验机及扫描电镜研究了应力比对J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:在相同裂纹扩展长度处,随着应力比R的增大,疲劳裂纹扩展速率明显减小;在较低的ΔKeff区,应力比R对裂纹扩展速率的影响不显著,随着ΔKeff的升高,应力比对裂纹扩展速率的影响越来越显著;在相同的Kmax下,裂纹扩展速率随着应力比的增加而明显减小;随着应力比的增大,在高Kmax区,韧性断口的韧窝逐渐由抛物线状转变为等轴状。

高频电阻焊K55钢级套管的研发

简述了国内外K55钢级套管的研究情况。根据宝山钢铁股份有限公司HFW生产线的特点,指出通过对焊管进行整管热处理可以获得目标力学性能,同时解决因成型技术导致的材料加工硬化的难题。研究参考了相变诱发塑性(TRIP)钢种设计的思路,结合油田用户的需求,采用两相区淬火后高温回火的整管热处理工艺,实现了K55钢级套管的工业化生产。

J55钢在气液双相流NaCl溶液中的腐蚀行为

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和显微组织分析等研究了气液双相流条件下Cl^-对J55钢腐蚀行为的影响。结果表明:在NaCl质量浓度为35 g·L^(-1)的气液两相流中,初期J55钢的腐蚀速率减小,24 h后腐蚀速率增大,到48 h时腐蚀速率基本稳定;J55钢在不同Cl^-浓度溶液中腐蚀时,临界电位为—0.4 V,在该电位以下,当NaCl质量浓度小于35 g·L^(-1)时,随着Cl^-浓度的增大,腐蚀速率增大,当NaCl质量浓度高于35 g·L^(-1)时,随着Cl^-浓度的增大,腐蚀速率减小;在临界电位以上,腐蚀速率随Cl^-浓度的增大而增大;J55钢在含Cl^-的溶液中腐蚀时,存在一个与临界Cl^-浓度对应的腐蚀速率极大值,而且临界Cl^-浓度随电位的升高而增大。

油田水中J55钢的腐蚀行为

油管腐蚀对油田开采产生严重影响,利用电化学阻抗谱和动电位扫描极化曲线研究了油管J55钢在油田水中的腐蚀行为。结果表明:J55钢在油田水中随腐蚀时间的增长腐蚀产物膜电阻增大,腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减小;温度从35℃增加到75℃时,J55钢在油田水中的腐蚀速率增大,而温度继续增加至90℃时腐蚀速率减小,75℃时腐蚀速率最大。

J55钢CO_2腐蚀产物膜形貌结构研究

在高温高压静态釜中进行了J55油套管钢的CO2 腐蚀模拟试验,并对其腐蚀试样进行了磨损试验,得到腐蚀膜不同厚度的层面。用X射线衍射仪(XRD)和电子散射能谱仪(EDS)分析了膜的化学组成;用扫描电镜(SEM)分析了腐蚀产物膜的不同层面形貌、断面形貌以及厚度或表面晶粒大小与温度或CO2 分压之间的关系。结果显示,在模拟试验条件下,J55钢所得到深褐色的腐蚀膜断面形貌为双层结构,表层为粗大而较规则的晶粒,内层膜为类似泥浆状的细小晶粒薄层;膜的主要成分为FeCO3,温度>180℃的腐蚀膜也未检测到各种铁的氧化物,在内层膜中检测出少量的Fe3C。膜厚和晶粒大小随着温度变化的极大值均在120℃处,极小值在 160℃处,但两者曲线稍有不同。CO2 分压对膜厚和晶粒大小的影响较复杂,在CO2 分压为 6.89MPa时,膜厚和晶粒均达到极大值;另一个极大值晶粒在3 45MPa,膜厚在2.41MPa;在两极大值之间,出现一极小值,晶粒在4.13MPa,膜厚在3.45MPa;在临界压力以上,晶粒大小或膜厚均急剧减小。

咪唑啉缓蚀剂对J55钢的缓蚀性能研究

以油酸、二乙烯三胺、氯化苄为原料合成反应得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂。通过失重法和极化曲线法研究了这种咪唑啉化合物在模拟油田地层水中对J55钢的缓蚀性能,并通过金相显微镜观察了J55钢表面的腐蚀形貌。结果表明,咪唑啉季铵盐缓蚀剂在酸性油田地层水中对J55钢有较好的缓蚀效果。

温度对J55钢铬铝合金化后电化学阻抗谱的影响

为了提高油气开采用材J55钢的耐蚀性,对其进行铬铝合金化。用电化学法研究了其在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,考察了温度对其电化学阻抗谱的影响。结果表明:铬铝合金钢的静、动态开路电位均较J55钢明显正移;J55钢在20℃时出现Warburg阻抗,随着温度的升高,Warburg阻抗消失,之后EIS谱呈现出2个时间常数,极化电阻随温度的升高先减后增;2种合金钢的EIS谱均呈现2个时间常数,其极化电阻均随温度的升高先减小后增大,60℃时最小;不同温度下,铬铝合金钢的极化电阻均较J55钢的大。

J55钢级电阻焊(ERW)套管的焊缝沟槽腐蚀行为

采用恒电位阳极极化加速腐蚀电化学试验,研究了J55钢级套管电阻焊(ERW)焊缝的沟槽腐蚀行为,利用激光共聚焦显微镜观察试样腐蚀后的表面形貌和三维微观特征,计算了焊缝沟槽腐蚀敏感系数,分析了沟槽腐蚀的影响因素并对比了无缝套管和ERW套管的经济性。结果表明:J55钢级ERW套管发生了选择性局部腐蚀,焊缝区域存在点蚀坑;其沟槽腐蚀敏感系数均小于1. 3,对沟槽腐蚀不敏感;相比J55钢级无缝套管,其经济性较好。