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超深井用超高强高韧V150套管热处理工艺研究

作　者: 赵延阔
导　师: 李红英
学　校: 中南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 石油套管 V150钢 淬火 回火 组织 强韧性
分类号: TG156.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以超深井用V150石油套管为研究对象,系统研究热处理工艺对钢材组织性能的影响,确定了合适的热处理工艺,并利用有限元软件模拟淬火后不同时间钢管横断面温度场分布,提出分级控冷工艺,以降低淬火过程中的应力,并通过实验验证了模拟的结果。实验结果表明,实验钢最佳常规热处理工艺为890℃保温30min水淬,650℃回火45min,组织转变充分且均匀,碳化物细小弥撒分布在整个基体内,强度达到150钢级要求,0℃横向冲击功超过100J；650℃二次回火的强度达到150钢级要求,0℃C横向冲击功超过110J,可满足条件更苛刻的油田开采需求；亚温淬火能够显著提高实验钢的冲击韧性,800～830℃为较佳的亚温淬火温度区间,800℃淬火保温30min+640℃回火45min为最优工艺,可使油套管强度达到150钢级要求,0℃横向冲击功超过120J；亚温淬火回火试样的韧脆转变温度最低,常规淬火回火试样的韧脆转变温度居中,回火不充分试样的韧脆转变温度最高,韧脆转变温度取决于铁素体晶粒尺寸和微观组织形态；通过计算和分级淬火后不同时间钢管横断面温度场分布,提出了入水时间6.5s,空冷10s,再次入水完成马氏体转变的分级淬火工艺,通过验证实验,确定水淬5s+空冷10s+入水工艺冲击性能最佳,得到的组织可降低裂纹产生或扩展,模拟结果较为可信。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 文献综述  8-24
  1.1 油井管在石油工业中的作用  8-10
  1.2 油井管的服役环境与性能要求  10-11
  1.3 国内外油井管的发展现状  11-16
    1.3.1 国外  11-13
    1.3.2 国内  13-16
  1.4 油井管的热处理  16-21
    1.4.1 淬火  16-17
    1.4.2 回火  17-19
    1.4.3 热处理工艺参数的确定  19-21
  1.5 计算机模拟技术在热处理过程中的应用  21-23
  1.6 本文的意义及研究内容  23-24
第二章 实验内容和方法  24-27
  2.1 实验材料  24
  2.2 热处理实验  24-25
  2.3 室温拉伸实验  25
  2.4 夏比(V型缺口)冲击实验  25-26
  2.5 微观分析  26-27
第三章 热处理工艺研究  27-75
  3.1 热轧态油套管的组织和性能  27-29
    3.1.1 力学性能  27-28
    3.1.2 组织  28-29
  3.2. 淬火温度对油套管组织和性能的影响  29-35
    3.2.1 硬度  29-30
    3.2.2 拉伸性能  30
    3.2.3 冲击性能  30-31
    3.2.4 微观组织  31-35
  3.3 奥氏体化时间对油套管组织和性能的影响  35-39
    3.3.1 硬度  35-36
    3.3.2 拉伸性能  36
    3.3.3 冲击性能  36-37
    3.3.4 微观组织  37-39
  3.4 淬火冷却速率和淬火次数对油套管组织和性能的影响  39-42
    3.4.1 冷却速率  39-41
    3.4.2 淬火次数  41-42
  3.5 回火温度对油套管组织和性能的影响  42-51
    3.5.1 硬度  42
    3.5.2 拉伸性能  42-44
    3.5.3 冲击性能  44-47
    3.5.4 微观组织  47-51
  3.6 回火时间对油套管组织和性能的影响  51-56
    3.6.1 硬度  51
    3.6.2 拉伸性能  51-52
    3.6.3 冲击性能  52-53
    3.6.4 微观组织  53-56
  3.7 回火冷却速率和回火次数对油套管组织和性能的影响  56-58
    3.7.1 冷却速率  56-57
    3.7.2 回火次数  57-58
  3.8 亚温淬火工艺优化  58-62
  3.9 热处理工艺对韧脆转变温度的影响  62-73
    3.9.1 充分回火  62-65
    3.9.2 不充分回火  65-68
    3.9.3 亚温淬火回火  68-71
    3.9.4 分析与讨论  71-73
  3.10 小结  73-75
第四章 分级淬火过程有限元模拟与验证  75-89
  4.1 分级淬火理论依据  75-76
  4.2 淬火温度场模拟  76-81
    4.2.1 建模  76-77
    4.2.2 初始和边界条件设定  77-78
    4.2.3 模拟结果分析  78-81
  4.3 验证实验  81-88
  4.4 小结  88-89
第五章 结论  89-90
参考文献  90-96
致谢  96-97
攻读硕士学位期间的主要成果  97

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 热处理 > 热处理工艺 > 淬火、表面淬火
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