热处理工艺对Q125级石油套管钢组织和性能的影响

利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)研究了热处理工艺对Q125级ERW石油套管用钢中组织和性能的影响。结果表明,实验钢采用870℃淬火+500℃回火调质处理后,其组织为典型的回火索氏体,组织内含有100～150 nm的细化马氏体板条,板条内部存在两类亚结构,一类是对提升韧性有利的位错胞状亚结构,另一类是对强度贡献较大的高密度、相互缠结的位错亚结构;在此工艺条件下,使得Q125石油套管钢的屈服强度为950 MPa,抗拉强度985 MPa,伸长率为18%,0℃冲击功为58 J,具备良好的综合力学性能,满足API的标准对钢板的要求。

Cr对Q125级套管钢组织性能及CO_2/H_2S腐蚀行为的影响

为了明确Cr元素对深井、超深井用Q125级套管钢性能的影响，本文设计了4种不同Cr含量的石油套管钢，研究了Cr含量对试验钢组织、力学性能以及CO2／H2S腐蚀行为的影响．试验结果表明：Cr质量分数在0．4％～3％变化时，试验钢的屈服强度、抗拉强度随着Cr含量的增加而增大，但横向、纵向冲击功及延伸率则呈现先增大后减小的趋势，当Cr质量分数为1％时，冲击功和延伸率达到最大值；在CO2／H2S共存环境下，4种试验钢腐蚀产物膜均分为两层，内层以FeCO3为主，外层则是FeS和FeS1-x为主，而Cr主要在腐蚀产物膜的内层富集，且随着基体中Cr含量的增加腐蚀产物内层膜的Cr含量也随之增加；Cr的富集增加了腐蚀产物的致密性，进而提高了阻碍基体表面与液体之间离子扩散的能力，使得钢的腐蚀性能得到提高．

Q125钢级SEW石油套管的热处理工艺

通过中碳低合金的思路设计了Q125钢级SEW石油套管用钢,同时研究了调质热处理工艺对其组织和力学性能的影响。结果表明:采用880℃淬火+540℃回火调质处理后,SEW Q125石油套管具有更好的强韧性配合,屈服强度975 MPa,抗拉强度1030 MPa,伸长率23%,0℃母材纵向冲击功不低于150 J,母材横向冲击功不低于120 J,焊缝冲击功不低于100 J,抗外压挤毁值高于标准要求30%,沟槽腐蚀性能不敏感,具有良好综合力学性能和耐蚀性。据此提出的推荐热处理工艺制度,在工业试制中应用,各项性能指标均达到API 5CT的要求。

页岩气井用高性能SEW Q125套管研制

针对我国页岩气开采对油套管性能的特殊要求,设计优化了Cr-Mo-V系卷板的化学成分,采用“高频电阻焊+热张力减径+全管体调质热处理”生产工艺研制出Φ139.7 mm×12.7 mm规格Q125钢级SEW套管产品。检测分析试制套管的几何尺寸、力学性能、抗挤强度等。结果表明:试制套管的几何尺寸精度高,椭圆度≤0.5%,壁厚不均度≤5%;管材的强韧性匹配好,屈服强度≥862 MPa,抗拉强度≥931 MPa,0℃下焊缝冲击功≥60 J;抗内压和抗挤毁性能优异,能够满足页岩气开采用套管安全服役要求。

Q125级1% Cr套管钢焊接接头CO_2腐蚀行为

采用高温高压反应釜和电化学测试手段对含Cr质量分数为1%的Q125级套管钢焊接接头的CO2腐蚀行为进行了研究。结果表明:焊接接头的母材和热影响区的耐CO2腐蚀性能相近,母材为回火马氏体,热影响区为回火索氏体,组织对实验钢的耐CO2腐蚀性能影响不明显。焊缝区的Cr含量较高,腐蚀产物中的Cr富集加剧,且结构致密,其更能有效的阻止阴离子的通过,从而保护金属基体免受腐蚀介质的腐蚀。电化学分析可得,焊缝区的自腐蚀电位最正,自腐蚀电流最小,不易发生腐蚀;母材区的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流最大,母材金属将作为阳极首先发生腐蚀,焊缝作为阴极得到保护。

Q125钢级SEW石油套管的研发

介绍了采用"高频电阻焊(HFW)+热张力减径+全管体调质热处理"工艺开发的Q125钢级SEW石油套管,并对所开发套管进行了常规力学性能检测。检测结果显示,Q125钢级SEW石油套管屈服强度达到945～955 MPa,抗拉强度大于995 MPa,母材及焊缝横向冲击韧性分别大于133 J和98 J。此外,HFW焊管经过热张力减径和全管调质处理后,焊缝区与母材的组织及性能基本一致。检测结果表明,"高频电阻焊+热张力减径+全管体调质热处理"组合新工艺可生产满足APISPEC 5CT标准的Q125钢级石油套管,套管具备优良的综合性能,完全能满足油田用户的需求。

Q125钢级高强度石油套管的试制生产

介绍了按APISpec 5CT-2011标准PSL-2类要求生产的Q125钢级高强度石油套管的试制过程:以Mn-Cr-Mo中碳钢为基础,通过合理的成分设计,使合金元素总含量≤2.5%;采用电炉→精炼→真空脱气→连铸工艺生产连铸圆管坯;在斜轧穿孔、PQF连轧工序,保证产品在奥氏体区实现高温大变形;采用(920±10)℃淬火、保温时间17min,(620±10)℃回火、保温时间35min热处理制度。检验结果表明:试生产的Ф127mmx9.19mm规格Q125钢级高强度石油套管的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击功(包括统计冲击功)均符合APISpec 5CT-2011标准对PSL-2类Q125钢级的要求。

高强度Q125套管水压试验爆裂失效分析

通过化学成分分析、力学性能试验、金相检验以及扫描电镜观察等方法,对Q125套管水压试验中爆裂进行分析。结果表明是管壁中间含有条状氧化物和硫化锰夹杂,造成脆性断裂,并最终引起Q125套管在水压试验中爆裂失效。

回火工艺对Q125套管力学性能影响的试验研究

采用回归正交的试验方法,进行了热处理工艺参数对Q125套管力学性能影响的试验研究。结果表明,回火温度对Q125套管力学性能影响最为显著,且对屈服强度和抗拉强度的影响呈线性关系。不同回火温度下析出相的检测与分析表明,回火碳化物尺寸与形态的控制对钢管强度、硬度均匀性及优异综合力学性能的获取至关重要。

回火工艺对Q125高强油井管用钢组织和性能的影响

采用工业试制的Cr-Mo-V微合金化Q125钢进行热处理工艺试验,研究了回火温度(580~630℃)对其组织和性能的影响。结果表明,采用920℃淬火和600~615℃回火的调质处理时,Q125钢的力学性能和低温冲击性能较好,可满足API 5CT标准要求。随着回火温度由580℃升高到630℃,屈服强度和抗拉强度降低,低温冲击吸收能量增加,同时由于温度升高促进碳的扩散,回火马氏体相界逐步外移,进而逐渐粗大,板条宽度由0.5μm增加到0.7μm,且小尺寸的岛状马氏体逐渐融合到板条状马氏体中,且板条界由锯齿状逐渐平直化,板条界上的析出相逐渐粗化,尺寸由100 nm增加到300 nm,形貌由球状转变成短棒状,板条内的细小析出相比例逐渐减少。

调质型低碳Q125级ERW石油套管钢的组织与性能

通过低碳微合金化的思路设计了Q125级ERW石油套管钢的成分,同时研究了调质热处理工艺对其组织和性能的影响。结果表明,采用920℃淬火+500℃回火调质处理后,Q125石油套管钢的屈服强度为975 MPa,抗拉强度990 MPa,伸长率为14.8%,0℃冲击功为43 J,具有良好综合力学性能和耐蚀性。通过电子背散射衍射(EBSD)分析发现,调质后以大角度晶界为边界的平均晶粒尺寸得到明显细化;扫描电镜及透射电镜分析显示,试验钢的组织为典型的回火索氏体,内含有50～160 nm残留的马氏体/贝氏体板条,且板条呈平束状或交错排列,板条内部存在对强度贡献较大的相互缠结的高密度位错亚结构。

热处理工艺对Q125钢组织性能的影响

采用Gleeble-2000热模拟试验机,以套管钢Q125为研究对象,研究了连续冷却过程冷速对相变行为的影响,以及奥氏体化温度、加热速率对试验钢组织遗传的影响和晶粒细化作用的机制。结果表明:热轧生产在580~660℃终冷可以获得铁素体+珠光体的低强度组织;试验钢在950℃及以上温度可以充分奥氏体化,随奥氏体化温度的升高淬火态组织呈细化趋势;经1~100℃/s的加热速度升温至950℃奥氏体化后淬火,淬火态组织随加热速度升高亦呈细化趋势。根据热模拟的结果进行实验室调质热处理,经950℃淬火+550℃回火后,屈服强度提高至943 MPa、抗拉强度提高至1055 MPa、屈强比0.89、断后伸长率A50=16.5%,均满足API 5CT标准要求。

CO_2 Corrosion and Grooving Corrosion Behavior of the ERW Joint of the Q125 Grade Tube Steel

In order to investigate the CO2 corrosion behavior and the grooving corrosion susceptibility of electric resistance welded tubes of the Q125 grade, the high temperature and high pressure autoclave was employed to conduct CO2 corrosion experiments for the welded joint. The mechanisms of grooving corrosion and the factors influencing grooving corrosion susceptibility were identified by electrochemical measurement, microstructure observation, residual stress examination, micro-region composition and orientation analysis. The CO2 corrosion results show that the corrosion resistance of the base material is the best, followed by heataffected zone and the welded seam is the worst. The grooving corrosion occurred in the welded seam, and the grooving corrosion susceptibility of welded seam is relativity high. The dominated reason for the grooving corrosion of the electric resistance welded joint is the notable inclusions consisting of MnS as the main content in the welded seam. The proportion of high-angle grain boundaries in the welding zone is higher than that of base metal and the heat affected zone, which plays an important role in the corrosion behavior of the welded seam.