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随着油气田开采深度增加,井下材料服役的温度和压力不断提升,对油套管的力学性能、强韧性匹配提出了极高的要求,对高强高韧油套管的需求日益增加。传统的油套管高强钢基体组织为体心结构,氢脆敏感性高,使用受到环境限制,且延伸率不高。高锰TWIP钢作为一种新型奥氏体高强钢,氢脆敏感性低于体心结构,具有良好的强塑匹配,为油田用高强钢的研究提供新方向。通过成分设计和合金熔炼,共得到三种成分的高锰TWIP钢,分别是含锰16%的TWIP钢,含锰16%的加铝TWIP钢以及含锰25%的TWIP钢。本文分别研究了冷变形量,热处理,合金元素对组织及力学性能的影响,利用拉伸机、冲击试验机等设备研究不同合金组分,不同变形量,不同热处理条件的力学性能,利用SEM、TEM、XRD等设备研究组织变化。冷变形量对组织及力学性能研究表明,随着冷变形量增加,晶粒沿轧制方向变形,当变形量为50%时,晶粒尺寸从20μm降低至5μm,屈服强度从712MPa增加至1809MPa,抗拉强度从1283MPa增加至1961MPa,延伸率从34.1%降低至6.5%,强塑积从43771MPa%降低至12672MPa%,随着变形量继续增加,当晶粒达到1μm以下,抗拉强度提升至2.5GPa;TEM分析表明变形过程中依次出现层错、孪晶,二次孪晶相互贯穿并分割晶粒,形成网格结构,同时能够将位错束缚在网格中,起到强化作用;XRD分析表明,当变形量达到30%时,产生密排六方ε马氏体相变,当变形量为85.9%时,产生体心四方a马氏体相变,未发生ε相变,表明ε相为γ相和α相的中间态。热处理对组织及力学性能研究表明,热处理过程存在碳化物析出和回复再结晶。SEM分析表明,随着热处理温度升高,在650℃产生大量碳化物沿晶界析出,在750℃发生再结晶。应力应变曲线显示,冷拔丝材低于550℃热处理后,强度从2.5GPa提高至2.8GPa,表明碳化物析出有利于强度升高,650℃热处理后材料延伸率异常降低,表明碳化物析出有利于塑性降低;650-750℃阶段,随着回复再结晶进行,强度降低,延伸率增加,碳化物析出和回复再结晶对强度和延伸率影响互为竞争关系。当温度在再结晶温度以下时,碳化物的析出为主要影响因素;当温度达到再结晶温度时,回复再结晶为主要影响因素。合金元素对组织及力学性能研究表明,Mn元素和A1元素含量增加能够降低强度增加塑性,延长均匀变形阶段,同时抑制形变诱发ε马氏体相变,增加奥氏体基体的稳定程度。