热处理对CT80级连续油管组织与性能的影响

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连续油管主要用于石油工业,广泛应用于钻井、完井、采油、修井等作业的各个领域,解决了许多常规作业技术难以解决的问题,应用效果明显。由于连续油管在周期性的疲劳载荷作用下进行工作,很容易因疲劳损伤而造成连续油管失效,导致连续油管使用寿命大大缩短。因此,如何通过合理的成分设计和合适的工艺配合,来获得能满足工程需要的高强、高韧、低的脆性转变温度、良好的抗内压弯曲性能的连续油管是科技工作者仍致力的课题。本文主要采用A、B两种不同成分和组织的低合金高强度钢卷管焊接成型连续油管,A、B钢制成连续油管屈服强度分别为677.5Mpa、731.8Mpa,对其在740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃下进行不保温热处理,再空冷至一定温度后水冷,运用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、透射电镜、万能材料试验机、硬度计、模拟疲劳试验机等方法对不同热处理温度下显微组织、力学性能及模拟循环次数进行了测试与分析,得出以下主要结论:1.对A、B两种不同连续油管进行相同工艺热处理,随热处理温度的升高变形的细长条状晶粒逐渐向等轴晶转变。组织中的珠光体和M-A岛随加热温度和水冷温度的升高不断增加,并且尺寸在逐渐增大,相同热处理条件下B钢组织及第二相颗粒尺寸小于A钢。2.随着热处理温度的升高,A、B两种连续油管的力学性能变化趋势相同,即硬度和强度都呈下降趋势,屈强比减小,延伸率增加。超过800℃热处理后,两钢的屈服强度都小于551Mpa,不符合80级(551Mpa)要求。其中B钢的硬度及强度高于A钢,并且随热处理温度的升高较A钢下降缓慢,B钢的塑性明显小于A钢,随热处理温度升高差距增大。3.通过对A、B两种连续油管进行一定内压下模拟疲劳,得出疲劳循环次数分别在屈服强度σsA=677.5Mpa、σsB=642.1Mpa,延伸率δKA=14.32%、δKB=17.47%时分别达到其各自循环次数的最大值。组织细小B钢的循环次数明显大于A钢,说明有一个良好的强韧匹配及细小组织时,连续油管在一定内压下才具有较高的循环次数。4.模拟疲劳失效后管材横截面的受压面晶粒随温度升高变形明显,中性面区域晶粒变形量较小。疲劳失效后中性面硬度变化不大为循环稳定状态,受压、拉面硬度增大出现循环硬化现象。5.通过对连续油管试样进行疲劳间隙回火,在400℃回火90min后循环次数最高,使循环寿命提高了大约一倍,疲劳损伤得到较好修复。随回火温度的升高晶界处偏聚的碳化物逐渐扩散,受挤压变形的高应力长条状晶粒向低应力规则的多边形晶粒转变;同时,回火温度升高,疲劳断口上的疲劳条纹发展为二次裂纹,韧窝增多增深,说明回火后疲劳试样韧性有所提高。
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