P110S钢级油管管体断裂原因

某油井P110S钢级油管接箍下方8 m位置处发生断裂,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析、X射线衍射分析等方法对油管断裂原因进行分析。结果表明:该批油管力学性能不稳定,油管断口上的腐蚀产物主要为FeS;油管的强度较高、使用温度较低且质量较大,导致油管内部形成硫化物应力腐蚀开裂。

铁素体/珠光体带状组织对L360N管线用无缝钢管冲击性能的影响

分析了L360N管线用无缝钢管在热轧态、920℃正火1h、1150℃均匀化退火3h、1150℃均匀化退火3h+920℃正火1h四种状态下的微观组织和力学性能,并对每种热处理状态下带状组织区域和非带状组织区域进行了对比。发现L360N管线钢中的带状组织可以通过长时间高温均匀化退火消除;其带状组织对拉伸性能影响不明显,但对冲击性能影响较大。

钢管头尾增厚端壁厚分析及数学模型建立

通过对钢管头、尾增厚端壁厚进行测量,对其分布形态进行回归分析,模拟出了头、尾增厚端壁厚变化规律的线性和非线性数学模型,并对二者的拟合精度进行比较。比较后发现,以减径率、平均张力系数作为线性模型的主要影响因素时,增壁率的拟合精度高,增厚端长度的拟合精度较差;但采用非线性模型进行拟合时,增厚端壁厚和长度的拟合精度都非常高。这为实际生产中切头、尾长度的预报提供了理论依据。

大直径厚壁X70QS钢级管线用无缝钢管的在线热处理工艺研究

介绍了大直径厚壁X70QS钢级管线用无缝钢管的化学成分及在线淬火热处理工艺,对比分析了在线淬火和离线淬火对X70QS钢级管线用无缝钢管组织与性能的影响。分析认为:采用轧制后的再加热+定径在线淬火热处理工艺,使得X70QS钢级管线用无缝钢管的表层和心部均获得针状铁素体组织,其强度、韧性和耐蚀性能优良。

水-空交替淬火技术及其在石油套管热处理中的应用研究

以热轧25MnV钢石油套管为研究对象,通过性能测试、透射电镜等方法,对比研究了水-空-水双介质交替淬火和强化冷却淬火两种工艺对钢的组织与力学性能的影响。结果表明:水-空-水交替淬火工艺可以有效减少石油套管的淬火内应力,防止淬火裂纹的产生;在该工艺下所得下贝氏体+板条马氏体束交割分布的复相组织以及马氏体条间少量残余奥氏体等二次析出相的综合作用下,材料的冲击韧性明显提高,综合力学性能大幅改善,提高了石油套管的抗断裂失效能力和使用安全性。

微合金非调质40Mn2V钢管的变形抗力研究

采用Gleeble-1500热模拟实验机对微合金非调质40Mn2V钢管的变形抗力进行了研究。结果表明,变形温度越高,变形速率越低,钢管变形抗力越小。变形抗力对数值lnσ随着温度升高和变形速率对数值ln.ε的增大,分别呈线性减小和线性增大,且变形抗力与变形程度呈非线性关系。采用Matlab软件拟合出了微合金非调质40Mn2V钢管的变形抗力公式,其拟合度R为0.966 3。

大型离心球墨铸铁管管模用21CrMo10钢管的开发

两炉21CrMol0钢（／％：0．18C，0．29—0．30Si，0．25～0．27Mn，0．007—0．008P，0．003S，2．40—2．42Cr，0．35—0．37Mo）由30tEAF．LF—VD-7．2t铸锭流程冶炼。T型头外径860mm，管体外径740mm，壁厚60mm，总长度6500mm的T型钢管经水压冲孔-减径穿孔-周期轧管工艺生产。结果表明，与传统锻造镗孔成型工艺相比，使用轧管工艺管模承口端与管体一次成型，大幅度提高原材料利用率，成品管的力学性能满足使用要求。

石油套管钢管壁内缺陷的形成机理

针对某石油套管钢管壁内缺陷,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)分析,并结合FactSage8.0软件计算进行研究,结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成,浅条纹处存在大量MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物,深条纹处有大量的Al_(2)O_(3)、MgO·Al_(2)O_(3)、CaO·Al_(2)O_(3)·SiO_(2)等夹杂物聚集在一起.缺陷横截面上的夹杂物主要为Ca O·Al_(2)O_(3)·SiO_(2)、CaO·Al_(2)O_(3)·MgO和CaO·Al_(2)O_(3)·MgO·SiO_(2)3类.推测钢管壁内缺陷形成机理主要为:(1)大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中,该渣滴随后吸附钢中高Al_(2)O_(3)含量的微细x Al_(2)O_(3)·y CaO或Al_(2)O_(3)夹杂物,导致渣滴中的Al_(2)O_(3)含量升高;(2)大包钢水在真空脱气(VD)精炼过程大Ar气搅拌下卷入了钢包渣,该渣滴随后吸附钢中的微细Al_(2)O_(3)夹杂物,导致渣滴中的Al_(2)O_(3)含量升高;以上两种形式形成的渣滴在凝固冷却过程中,转变为CaO·Al_(2)O_(3)·SiO_(2),CaO·Al_(2)O_(3)·MgO,CaO·Al_(2)O_(3)·SiO_(2)·MgO_(3)种类型的夹杂物.圆管坯在穿孔变形过程中,在纵向拉应力和横向切应力作用下,使卷入的大型渣滴沿纵向及横截面延伸扩展,最终形成钢管壁内的缺陷.

铝脱氧25Mn钢圆坯中夹杂物的分布规律

针对铝脱氧25Mn钢圆铸坯中夹杂物的分布特征,通过配备夹杂物自动分析仪的扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)检测了圆坯不同径向位置处夹杂物的二维形貌、成分及数量密度。对钢中夹杂物进行非水电解提取及三维形貌、成分的观察,并结合FactSage 8.0软件进行了计算分析。结果表明,在钢液的凝固冷却过程中,随着温度的降低,夹杂物中Al_(2)O_(3)含量逐渐增加,CaS含量先增加后减少,CaO及SiO_(2)含量逐渐减少。随着钢中氧含量的增加,单相钢液的稳定区域逐渐缩小,液相氧化物稳定区域增加。钢中夹杂物主要可分为含SiO_(2)的S类、含Al_(2)O_(3)的A类、含MgO的M类及以CaO或CaS为基础的C类。随着靠近圆铸坯中心位置,夹杂物的总数量密度呈现小幅增加态势,S类、A类及M类夹杂物数量密度小幅增加,C类夹杂物数量密度小幅减少。在靠近圆铸坯表面附近,大部分CaO-Al_(2)O_(3)-MgO类夹杂物处于液相区附近,随着逐渐靠近圆铸坯中心处,CaO-Al_(2)O_(3)-MgO类夹杂物组成逐渐远离液相区域,其平均成分由液相区域逐渐转移至固相区域,夹杂物中MgO含量增加。非水电解提取到的夹杂物与夹杂物自动分析所观察到的夹杂物种类基本一致。

Φ73.02mm×5.51mm P110油管腐蚀原因分析

采用现场数据调研、宏观分析、金相分析、扫描电镜分析和XRD分析等方法,对某油田Φ73.02mm×5.51 mm P110油管腐蚀原因进行分析。分析认为:油管腐蚀的主要原因是该井高含量的CO_2、Cl^-、地层水、返排酸化压裂液共存造成的腐蚀,腐蚀程度与气液交界面的位置及井段温度有关。推荐使用耐CO_2腐蚀的油套管产品。

28CrMnMoV钢过冷奥氏体连续冷却转变

利用Gleeble-3500热模拟机测量28CrMnMoV钢以不同速度连续冷却时的膨胀曲线,结合差热分析法和金相硬度法,确定临界点及相变温度点,绘制并分析和应用过冷奥氏体的连续冷却曲线（CCT图）,研究实验钢连续冷却时的奥氏体转变。研究结果表明：实验钢过冷奥氏体在高温区可能发生铁素体转变和珠光体转变,中温区可能发生贝氏体转变,低温区可能发生马氏体转变;当冷却速度为0.05~0.5℃/s时,转变产物为多边形铁素体、珠光体和少量贝氏体的混合组织;在1~5℃/s的冷却速度范围内,转变产物为贝氏体;当冷却速度大于5℃/s时,转变产物为马氏体;合金元素Cr,Mo,V有抑制奥氏体扩散分解的作用,以低于1℃/s的速度冷却才会有先共析铁素体和珠光体;锰质量分数较高对贝氏体转变有明显的促进作用,在0.05~10℃/s的较宽速度范围内连续冷却会发生贝氏体转变。根据测得的CCT图指导28CrMnMoV钢的分级控冷工艺,可在减小钢管淬火应力的同时,为V150油套管的高强韧性提供组织保障。

回火工艺对超深井用V150油套管强韧性的影响

采用力学性能测试、金相组织观察、透射电镜以及扫描电镜观察,研究不同回火工艺对超深井用V150油套管强韧性的影响。研究结果表明:650℃为实验钢最优的回火温度;随着回火时间的延长,实验钢强度和硬度不断下降,塑性和韧性不断提高;当回火时间为15-75 min时,强度满足V150钢级要求;当回火时间大于45 min时,韧度满足V150钢级要求;考虑强韧性的最优匹配,兼顾节能降耗,45-60 min为较合适的回火时间;随着回火次数的增加,油套管强度下降,韧性提高,经过650℃,45 min的2次回火后,淬火应力充分释放,残余奥氏体完全转变为回火组织,回火组织更加细小,实验钢有较好的强韧性配合,0℃横向冲击功超过110 J,强度仍能满足V150钢级的要求。

回火温度对超高强高韧V150套管组织性能的影响

采用力学性能测试、金相组织观察、透射电镜以及扫描电镜观察,研究不同回火温度对超深井用超高强高韧套管组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:套管经580～700℃回火的组织均为回火索氏体,在580～630℃回火时组织比较稳定,仍然保持着淬火马氏体的位向和形状,在640℃回火时发生铁素体再结晶,在700℃回火时发生组织粗化;与热轧态相比,淬火回火后的塑性和韧性得到了很大提高,在580～700℃回火,未出现第二类回火脆性;随着回火温度的升高,套管的强度和硬度逐渐降低,塑性和韧性逐渐增加;650℃为套管最佳回火温度,回火组织均匀,铁素体再结晶充分,碳化物细小弥散分布,强度达到V150钢级,0℃时横向冲击功接近110 J,强韧性匹配达到最佳。

28CrMnMoV钢过冷奥氏体连续冷却转变研究

利用Gleeble-3500热模拟机测量28CrMnMoV钢以不同速度连续冷却时的膨胀曲线,结合差热分析法和金相-硬度法,确定临界点及相变温度点,绘制、分析、应用过冷奥氏体的连续冷却曲线（CCT图）,研究实验钢连续冷却时的奥氏体转变。研究结果表明：实验钢过冷奥氏体在高温区可能发生铁素体转变和珠光体转变,中温区可能发生贝氏体转变,低温区可能发生马氏体转变,当冷却速度为0.05-0.5℃/s时,转变产物为多边形铁素体、珠光体和少量贝氏体的混合组织,在1-5℃/s的冷却速度范围内,转变产物为贝氏体,当冷却速度大于5℃/s时,转变产物为马氏体。较低的含碳量提高了马氏体转变温度,合金元素Cr,Mo和V有抑制奥氏体扩散分解的作用,以低于1℃/s的速度冷却才会有先共析铁素体和珠光体,较高的锰含量对贝氏体转变起到了明显的促进作用,在0.05-10℃/s的较宽冷却速度范围内连续冷却都会发生贝氏体转变。根据测得的CCT图指导28CrMnMoV钢的分级控冷,会对减小钢管淬火应力产生很好的效果,为V150油套管的高韧性提供组织保障。

基于ANSYS/LS-DYNA的V150油套管热矫直残余应力

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立V150油套管热矫直的三维有限元模型,研究矫直后环向和轴向残余应力的分布规律,并利用X线衍射法测量了矫直管内表面环向残余应力。结果表明：环向和轴向残余应力呈螺旋状分布,螺旋接触带与管体轴向成58°的夹角,与矫直辊倾角互余,相邻的2个螺旋接触带之间的距离约为350 mm,基本等于矫直管的螺距（349 mm）;环向残余应力具有外拉内压规律,轴向残余应力外表面以拉应力为主,内表面拉压应力并存,压应力极大值出现在壁厚中部;矫直管内表面环向残余应力的实测值为189~489MPa,模拟数值为130~480 MPa,两者吻合良好,表明建立的矫直模型是可靠的。

T24钢过冷奥氏体连续冷却转变研究

利用Gleeble-1500热模拟机测量T24钢以不同速度连续冷却时的膨胀曲线,结合差热分析法与金相-硬度法,确定临界点及相变温度点,绘制并对比分析T24钢的过冷奥氏体的连续冷却曲线（CCT图）,研究实验钢连续冷却时的奥氏体转变。研究结果表明：T24钢过冷奥氏体在高温区可能发生铁素体转变,中温区可能发生贝氏体转变,低温区可能发生马氏体转变;当冷却速度小于0.10℃/s时,转变产物为铁素体和少量贝氏体的混合组织;当冷却速度分别为0.03,0.05和0.10℃/s时,过冷奥氏体先在高温区发生组织转变,转变量分别为49%,25%和22%,之后在中温区发生组织转变。在0.50-10.00℃/s的冷却速度范围内,转变产物为贝氏体。当冷却速度大于20.00℃/s时,转变产物为马氏体。合金元素Cr和Mo等能够推迟奥氏体分解,Mn对贝氏体转变有促进作用,对于T24钢,只有以低于0.10℃/s的速度冷却才会有先共析铁素体和碳化物生成,在0.50-10.00℃/s的较宽冷却速度范围内连续冷却都会发生贝氏体转变。

奥氏体化工艺对V150油套管强韧性的影响

采用力学性能测试、金相组织观察、透射电镜以及扫描电镜观察,研究奥氏体化工艺对超深井用V150油套管强韧性的影响。研究结果表明:较高的奥氏体化温度可提高合金元素在奥氏体中的溶解度,但过高的奥氏体化温度会使奥氏体晶粒粗大,导致塑性、韧性下降,890℃为实验钢较优的常规奥氏体化温度;奥氏体化30 min后,实验钢成分和组织分布趋于均匀,油套管的强韧性指标匹配达到最好,保温时间超过45 min后,晶粒开始长大,导致冲击性能有所下降;亚温淬火形成铁素体和贝氏体、马氏体、残余奥氏体的混合组织,可得到超高强度钢希望获得的B/M复相组织,B/M组织中贝氏体能够分割马氏体基体,阻止裂纹扩展,残余奥氏体膜分割马氏体板条,使实验钢在保持足够强度的同时得到很高的韧性;实验钢在800℃亚温淬火后于640℃回火,强度和韧度均到达了V150油套管的目标要求,能够满足条件苛刻的超深井作业需求。

25MnV钢大口径石油套管淬火裂纹成因分析与对策

针对25MnV钢大口径石油套管淬火开裂问题,通过金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等手段对裂纹特性及形成原因进行了分析,并与有限元模拟结果进行了比较。结果表明,钢管内表面的裂纹是由于水冷却速度过大而诱发的淬火裂纹。改用水冷→空冷→水冷双介质淬火工艺,提高了马氏体转变之前钢管横断面温度的均匀性。这对减小淬火内应力,防止石油套管淬火开裂有很好的效果。

低合金超高强45CrNiSiMnMoVA钢热处理工艺的正交试验优化

采用正交试验方法来确定经济型低合金超高强度45CrNiSiMnMoVA钢的最佳热处理工艺,采用扫描电镜、透射电镜和万能材料试验机等研究了淬火温度、淬火保温时间、回火温度和回火保温时间等因素对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:回火温度的极差值最大,是对试验钢力学性能影响的最主要因素,淬火温度的影响次之;试验钢最佳的热处理工艺为:920℃×45 min淬火+350℃×120 min回火,此时,试验钢的组织为均匀细小的回火马氏体,抗拉强度为1745 MPa,屈服强度为1549 MPa,伸长率为7.3%,室温冲击吸收能量为19.1 J,实现了强度、塑性和韧性的良好匹配。

制备工艺对石油套管组织和强韧性的影响

将25Mn V石油套管用钢通过直接淬水与水冷→空冷→水冷的双介质淬火冷却工艺分别处理成全马氏体组织与下贝氏体/马氏体复相组织,对比研究了不同淬火工艺下的微观组织特征及回火工艺参数对试验钢强韧性的影响。结果表明:双介质淬火所得下贝氏体/马氏体复相组织具有明显的强韧化效果,可以降低应力集中,有利于材料韧性的改善和阻止微裂纹的产生与扩展;力学性能测试表明,试验钢大约在400℃左右出现韧性低谷,呈现出低温回火脆性的特征,因此,该复相组织适合于在高温回火状态下使用,此时复相组织提高材料韧性的作用更为显著。