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油井管用2Cr13马氏体不锈钢的合金化研究

作　者: 孙殿东
导　师: 刘春明
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 2Cr13马氏体不锈钢 合金化 相平衡 碳化物 油井管
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


2Cr13马氏体不锈钢通常用于生产高耐蚀性的80Ksi和95Ksi钢级的油井管,而市场迫切需求更高强度和耐蚀性的110Ksi钢级13Cr油井管产品,在原有成分上通过合金化设计和热处理工艺优化是提高其性能级别的最佳方法。本论文通过热力学平衡相图的计算和对实验用钢在激光共聚焦显微镜、扫描电镜、透射电镜下的碳化物进行表征,研究了Ni、Mo、V、N等合金元素对2Cr13钢的相平衡、碳化物析出的影响规律以及热处理工艺对显微组织和力学性能的影响规律。研究得出如下结论：1.当Mo含量低于1.5%时,不会增加2Cr13钢中的平衡相；Mo含量增加到2.0%左右时,2Cr13钢在低温时增加了x相。Mo强烈促进铁素体生成而不是抑制奥氏体形成,强烈地降低(δ+γ)/γ相变点、缩小Y单相区的温度范围；促进铁素体和。相的生成,扩大6铁素体、α铁素体和。相的温度范围。Ni扩大Y体相区的温度范围,抑制铁素体的形成,对。相和M23C6的形成影响不大。V的主要作用是促进铁素体形成,缩小γ稳定区温度区间,促进碳化物从γ中析出,对。相形成没有影响。N能抑制6铁素体和α铁素体的形成,抑制。相形成,但在本钢种所添加的成分范围内,N对(δ+γ)/γ相变点影响较为显著,对其它各个相变点的影响不大。2.Mo抑制了2Cr13钢回火转变的发生,尤其是马氏体中的均匀析出。回火温度升高,马氏体中析出相的数量增加,而且分布更加均匀。Ni促进马氏体中碳化物的析出,并呈现一定的择优取向。V促进碳化物的析出并抑制碳化物长大,使其分布更加均匀。增加N含量使马氏体的晶内碳化物分布更加均匀、弥散、尺寸细小,数量更多。3.Mo含量从0.5%提高到1.0%对材料性能影响不大；添加Mo能降低或抑制其他合金元素导致的回火脆性；添加1.0%Ni,材料强度明显增加,韧性也很好,性能达到了一个良好的匹配；当Ni含量过高时,碳化物的数量过多,尺寸粗大、择优取向明显,降低了材料的韧性；添加1.0%的V能一定程度提高材料的强度,但由于碳化物析出过多将损失材料的韧性。添加适量N,屈服及抗拉强度略有提高。4.显微组织对回火温度敏感,在回火温度下碳化物的形成速度主要受置换元素扩散的控制；当温度恒定时,C和N的扩散能力会受到其它元素的影响,如强碳化物形成元素V、Mo抑制碳化物的形核和长大过程；非碳化物形成元素Ni促进碳化物的形核和长大；降低了含钒钢的淬火加热温度,不仅减小了奥氏体的晶粒尺寸,还降低了V在奥氏体中的固溶度,因此也减弱了V对碳化物长大的抑制作用。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-27
  1.1 开发高性能油井管用钢的意义及研究现状  10-14
  1.2 含铬油井管不锈钢简介  14-17
  1.3 13%Cr不锈钢中合金元素的作用  17-22
  1.4 9-13%Cr马氏体不锈钢中的碳化物  22-26
  1.5 本文的主要研究内容与意义  26-27
第2章 实验方法  27-29
  2.1 合金化热力学计算  27
  2.2 实验材料  27-28
  2.3 显微组织观察  28-29
第3章 2Cr13钢的合金化热力学计算  29-42
  3.1 2Cr13钢的热力学平衡相图  29-31
    3.1.1 2Cr13钢的热力学平衡相变点  29-30
    3.1.2 2Cr13钢的平衡态组织  30-31
  3.2 2Cr13-Mo系钢的热力学平衡相图计算  31-33
    3.2.1 2Cr13-0.5Mo的热力学平衡相变点  31
    3.2.2 2Cr13-1.0Mo的热力学平衡相变点  31-32
    3.2.3 2Cr13-1.5Mo的热力学平衡相变点  32
    3.2.4 Mo对2Cr13钢相变点的影响  32-33
  3.3 2Cr13-0.5Mo-Ni的热力学平衡相图计算  33-36
    3.3.1 2Cr13-0.5Mo-0.5Ni的热力学平衡相变点  33-34
    3.3.2 2Cr13-0.5Mo-1.0Ni的热力学平衡相变点  34
    3.3.3 2Cr13-0.5Mo-2.0Ni的热力学平衡相变点  34-35
    3.3.4 2Cr13-0.5Mo-3.0Ni的热力学平衡相变点  35
    3.3.5 Ni对2Cr13-0.5Mo钢相变点的影响  35-36
  3.4 2Cr13-1.0Ni-Mo的热力学平衡相图计算  36-39
    3.4.1 2Cr13-1.0Ni-0.5Mo的热力学平衡相变点  36-37
    3.4.2 2Cr13-1Ni-1Mo的热力学平衡相变点  37
    3.4.3 2Cr13-1.0Ni-1.5Mo的热力学平衡相变点  37-38
    3.4.4 2Cr13-1.0-Ni-2.0Mo的热力学平衡相变点  38
    3.4.5 Mo对2Cr13-1.0Ni钢相变点的影响  38-39
  3.5 2Cr13-1.0Ni-0.5Mo-V的热力学平衡相图计算  39-40
    3.5.1 2Cr13-1.0Ni-0.5Mo的热力学平衡相变点  39
    3.5.2 2Cr13.1.0Ni-0.5Mo.0.5V的热力学平衡相变点  39-40
    3.5.3 V对2Cr13Ni1Mo0.5钢相变点的影响  40
  3.6 2Cr13-1.0Ni-0.5Mo-N的热力学平衡相图计算  40-42
    3.6.1 2Cr13.1.0Ni-0.5Mo-0.05N的热力学平衡相变点  40-41
    3.6.2 N对2Cr13Ni1Mo0.5钢相变点的影响  41-42
第4章 实验结果与讨论  42-67
  4.1 显微组织观察  42-60
    4.1.1 2Cr13-0.5Mo钢的显微组织  42-47
    4.1.2 2Cr13-1.0Mo钢的显微组织  47-51
    4.1.3 2Cr13-0.5Mo-1.0Ni钢的显微组织  51-53
    4.1.4 2Cr13-0.5Mo-2.5Ni钢的显微组织  53-54
    4.1.5 2Cr13-0.5Mo-1.0Ni-1.0V钢的显微组织  54-58
    4.1.6 2Cr13-0.5Mo-1.0Ni-0.04N钢的显微组织  58-60
  4.2 化学成分对显微组织的影响  60-64
  4.3 热处理制度对显微组织的影响  64-67
第5章 结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

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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 > 金属材料 > 钢 > 特种性能钢 > 不锈钢、耐酸钢
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