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连续油管是目前石油工业在采油、修井、测井、勘探等过程中使用的重要钢管材料,其材质的性能十分特殊。我国每年大量使用连续油管进行石油开采作业,但必须以昂贵的价格从美国进口,而且进口量不能得到保障。目前连续油管制造技术一直处于高度保密状态,仅美国、加拿大等少数厂家掌握该技术诀窍。连续油管用钢的制备、管整体热处理等关键技术已经成为制约连续油管国产化的瓶颈。所以,本文以CT70、CT80和CT90钢为研究对象,利用MMS-200热模拟实验机和Ф450mm热轧实验机进行相关实验研究。此项研究对连续油管的国产化具有重要的研究意义。
论文的主要工作和研究结果如下:
(1)采用热膨胀法测定了实验钢在形变条件下的连续冷却转变数据,结合金相观察结果,给出了变形以及冷却速度对实验钢组织的影响规律。利用Origin7.0软件,绘制出动态CCT曲线。结果表明:实验钢随着冷却速度增大,奥氏体所经历的相变区逐渐向左移动,到达一定的冷却速度后,奥氏体将不经过珠光体相变区,即不发生珠光体相变,在经过铁素体相变区后直接进入贝氏体相变区,最终形成铁素体和贝氏体两相显微组织;在连续冷却条件下的转变产物是多种显微组织的混合物,其组成随冷速的不同而变化。
(2)采用单道次压缩实验,研究变形温度、变形程度和变形速率对试验钢变形抗力的影响规律,绘制应力一应变曲线数据。从曲线中可以看出在高温和各种变形程度范围内,一般是变形抗力随着变形速率的增加而增大,但在不同温度范围内,变形抗力的增加率不同,温度越高,变形速率对变形抗力的影响越大,然后建立实验钢的变形抗力数学模型。
(3)采用双道次压缩实验方法,研究实验钢奥氏体区热变形后等温保持时间里的静态再结晶行为,绘制了实验钢的静态软化率曲线,得到了奥氏体的再结晶规律和软化率与变形温度和道次间隔时间之间的关系。为制订合理的控制轧制工艺制度提供理论和实验依据。在热模拟实验机上进行高温塑性实验研究,利用不同温度下的的断口处截面积,绘成试样断面收缩率和抗拉强度随温度变化的曲线,对热塑性的研究得到了连铸坯拉矫时的理想温度区间,避免了裂纹的出现。
(4)利用热模拟机进行试验研究,通过在透射电镜上观察析出相形貌和分布情况后,分析碳氮化合物的析出规律,利用不同的析出方式使铌发挥不同的作用。
(5)通过在Ф450mm热轧实验机上进行的控轧控冷实验,得到了开轧温度、终轧温度和卷取温度等工艺参数对实验钢组织性能的影响规律,并制定了合理的轧制、冷却工艺制度。采用第三次轧后样品钢进行了热处理试验。通过对实验样品的力学性能测试和显微组织观察,分析工艺参数对产品组织性能的影响,进而确定了工业生产连续油管用钢热轧和热处理工艺参数。