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经济发展对石油的需求量日益增长,随着石油能源的不断开发,易开采油井逐渐减少,稠油成为了石油开采业的重要组成部分。稠油的特点是粘度大,流动阻力大,使得稠油的开采难度较大。实际的开采过程当中常有油井管失效断裂事故发生,这就对所需要的开采设备提出了更高的性能要求,提高油管抗腐蚀性能、机械强度、延长油管使用寿命,成为当前石油工业领域的关键任务。 油井管领域的研究大部分是通过合金化改善其抗CO2或H2S腐蚀性能,优化油管的生产工艺提高其生产效率,改善隔热油管的隔热效果或常温下力学性能的提高,有关油管高温力学性能或服役温度下长期时效对其组织和性能的影响方面的研究还亟待进行。本文通过对几种 API标准油管进行高温瞬时拉伸实验、350℃/400℃长期时效实验、高温蠕变实验研究了其不同的高温力学性能,得出以下结论: (1)对N80-1、P110和N80-Q隔热油管钢的显微组织特征进行了观察分析,并分别在室温、350℃和400℃保温30min后进行了瞬时拉伸实验,研究了隔热油管用钢的力学性能在高温环境下的变化情况。N80-1油管钢的微观组织是由铁素体+珠光体组成,维氏硬度为234.8 HV,P110钢为均匀的回火索氏体组织,但保留了马氏体位向,硬度为305HV。在350℃下与室温相比,N80-1强度降低最小,抗拉强度降低53MPa,屈服强度降低幅度为106MPa。在400℃下与室温相比,各材料的抗拉强度与屈服强度降幅基本一致,N80-1降幅较小,P110降低最为明显。N80-1的显微组织(F+P)在高温下较为稳定,高温拉伸时强度降低较小。 (2)分别对 P110和N80-Q在350℃和400℃进行了1000h、2000h、5000h时效实验,对比分析了显微组织、晶界特征、硬度以及拉伸性能随时效时间延长的变化规律。碳化物颗粒尺寸随时效时间的延长逐渐长大,时效1000h后,开始发生再结晶生成细小晶粒,抗拉强度 Rm变化不大,室温拉伸时的屈服强度 Rt0.6增大趋势明显;N80-Q油管钢马氏体板条内的位错发生回复,其内的小角度晶界大部分消失,抗拉强度Rm和屈服强度Rt0.5减小;时效2000h后,P110油管钢大部分马氏体板条被打碎,强度在时效1000h基础上有所降低,延伸率有所增加;N80-Q油管开始形成再结晶细小晶粒,细小晶粒引起了细晶强化;5000 h时效后,马氏体形貌基本消失,再结晶生成了等轴晶粒,碳化物颗粒尺寸长大明显,强度明显降低。 (3)在五组不同的温度/应力条件下分别对L80-1和P110进行高温蠕变实验,通过对两种材料的五组高温蠕变实验数据进行计算,得到了各实验条件下的稳态蠕变速率,并进一步计算得到了两种油管材料在350~450℃之间的蠕变表观激活能 Q、350~450MPa之间的稳态蠕变速率应力指数 n和常数 A,从而得到了两种材料的稳态蠕变速率计算公式。