N80-1非調(diào)質(zhì)無縫油井管工藝控制技術(shù)的研究.pdf

1、N80-1非調(diào)質(zhì)無縫油井管具有成本低、節(jié)約生產(chǎn)資源、減少生產(chǎn)周期和環(huán)境污染等諸多優(yōu)點,但性能控制一直不太穩(wěn)定,尤其是沖擊韌性時常偏低,嚴重影響了該產(chǎn)品的成材率和使用安全性。歸根究底,還是缺乏有效的工藝控制技術(shù)及相關(guān)理論研究。然而,N80-1非調(diào)質(zhì)無縫油井管的工藝控制極為獨特,傳統(tǒng)的工藝控制技術(shù)及研究方法均不太適用。
　　 本文緊密結(jié)合N80-1無縫油井管的工藝控制特點及實際參數(shù),采用工業(yè)生產(chǎn)的36Mn2V和40Mn2V鋼,在試驗

2、研究的基礎(chǔ)上,對N80-1無縫油井管的新型工藝控制技術(shù)及相關(guān)理論進行了探索和研究,并在工業(yè)實踐中進行了驗證。主要研究工作如下:
　　 通過現(xiàn)場采集、測量和計算,確定了N80-1無縫油井管連軋和定徑溫度的可控范圍及80個常用規(guī)格對應(yīng)的不可控參數(shù),連軋和定徑的變形量、變形速率和鋼管空冷速度,建立空冷速度與規(guī)格尺寸之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式,平均準(zhǔn)確度-R為96.70％。為工藝控制技術(shù)研究提供了可靠的參數(shù)。
　　 通過連軋和定徑的熱模擬

3、試驗、奧氏體晶粒觀察及微合金碳氮化物的析出分析,系統(tǒng)研究了變形參數(shù)對變形抗力、動態(tài)再結(jié)晶行為、晶粒細化的影響及相關(guān)理論。建立36Mn2V和40Mn2v鋼變形抗力數(shù)學(xué)關(guān)系式(擬合度分別為96.96%和97.33%),計算出連軋和定徑的變形抗力范圍。求出兩個鋼種的動態(tài)再結(jié)晶激活能分別為361.96KJ/mol和381.66KJ/mol(比普通碳錳鋼分別高出52.35KJ/mol和72.05KJ/mol),作出兩個鋼種的綜合動態(tài)再結(jié)晶圖。

4、r>　　 綜合得出兩個鋼種的連軋再結(jié)晶細化晶?？刂茰囟染?050℃,最佳溫度為1050℃(平均晶粒尺寸可達十幾個μm)。其中,Ti和V的碳氮化物析出,尤其是V(N、C)的析出,顯著地推遲了動態(tài)再結(jié)晶行為,并細化了奧氏體晶粒。
　　 通過連軋+再加熱+定徑+冷卻的綜合熱模擬實驗、性能測試、金相及透射電鏡觀察,系統(tǒng)分析了鋼種和工藝參數(shù)對性能、組織及析出物的影響,并對試驗鋼的性能變化、組織轉(zhuǎn)變規(guī)律、微合金碳氮化物析出特點及相關(guān)理論

5、依據(jù)進行了探討。得出了36Mn2V和40Mn2V鋼性能與工藝參數(shù)之間的定量關(guān)系,建立了兩個鋼種屈服和抗拉強度的數(shù)學(xué)關(guān)系式(計算結(jié)果與測試值偏差約±10MPa)。鋼種和工藝參數(shù)對組織及V的碳氮化物析出的影響與其對性能的影響相吻合。其中,定徑溫度和冷卻速度是影響組織和性能的關(guān)鍵參數(shù),強度均隨溫度的升高和冷卻速度的增大而遞增,沖擊韌性隨溫度的升高而遞減,但隨冷卻速度的增大先緩慢升高,達到峰值后迅速降低,其峰值對應(yīng)的臨界冷卻速度隨溫度的升高而遞

6、減。貝氏體轉(zhuǎn)變是組織轉(zhuǎn)變的鮮明特點,還是導(dǎo)致韌性顯著降低的主要因素。溫度越高,越容易產(chǎn)生貝氏體組織,當(dāng)冷卻速度超過某一臨界值時,則發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變,恰好與韌性峰值對應(yīng)的臨界冷卻速度一致。主要析出物V(N、C)和VC分別在定徑和冷卻過程中析出,溫度是關(guān)鍵影響因素,溫度越高,V(N、C)越少,VC越多。其中,VC析出數(shù)量最多(占75%以上),尺寸最小(5～20hm),分布最均勻。與36Mn2V鋼相比,40Mn2V鋼鐵素體含量更少,珠光體含量更

7、多,更容易發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變,且V的碳氮化物析出更多,其屈服和抗拉強度平均高出91.1MPa和157MPa,沖擊韌性平均低21.5J。
　　 結(jié)合工藝參數(shù)、組織、析出物及性能,對N80-1非調(diào)質(zhì)無縫油井管的強韌化基本原理及機制進行了探討,其強韌化效果為V的碳氮化物析出和組織的疊加及相互作用。VC和V(N、C)沉淀強化為關(guān)鍵強化機制,其中,VC強化作用最顯著。組織對強韌化的作用是矛盾對立的,卻是韌化的主要因素。鐵素體及晶內(nèi)鐵素體是關(guān)鍵

8、的韌化機制;珠光體和貝氏體強化作用顯著,但不利于韌化,尤其是貝氏體組織脆化顯著。要想獲得良好的綜合性能,主要靠細小的F+P組織及大量的VC的強韌化作用。
　　 根據(jù)上述研究結(jié)果,結(jié)合工藝控制特點及實際參數(shù),對工藝控制技術(shù)進行了探索和研究。性能的關(guān)鍵影響因素中,鋼種可合理選擇,溫度可有效控制,冷卻速度可根據(jù)規(guī)格合理搭配,與N80-1無縫油井管的工藝控制特點相吻合。韌性是此類鋼的薄弱環(huán)節(jié),需優(yōu)先考慮,以臨界冷卻速度為重要的依據(jù)。36

9、Mn2V和40Mn2V鋼的適用規(guī)格范圍恰好覆蓋了80個研究規(guī)格。針對不同規(guī)格,確定了選用的合適鋼種,及連軋、定徑合理控制溫度范圍和最佳控制溫度,形成了一套完善的新型工藝控制技術(shù)。所有規(guī)格的屈服強度試驗值穩(wěn)定在600～700MPa之間,沖擊韌性試驗值遠大于37J,完全滿足控制目標(biāo)要求。
　　 將整套研究軟件化,采用VC++6.0軟件,開發(fā)了一個可查詢不同規(guī)格的基本參數(shù)、應(yīng)選用的鋼種及工藝控制參數(shù),預(yù)報變形抗力和性能等信息的數(shù)據(jù)庫軟