新型射孔槍用高強(qiáng)低合金鋼的制備及強(qiáng)韌性的研究.pdf

1、射孔完井是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種完井方式，射孔是石油勘探與開(kāi)發(fā)工程中極其重要的一項(xiàng)技術(shù)，也是提高油氣井采收率的重要手段之一。射孔作業(yè)中射孔槍管作為彈架對(duì)射孔方向進(jìn)行定位，并在爆炸過(guò)程中保護(hù)油層套管，其尺寸精度、性能及內(nèi)外表面質(zhì)量的要求都極為苛刻，對(duì)射孔作業(yè)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，以前全部依靠進(jìn)口。
　　 本文根據(jù)工程需要，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種新型射孔槍管用鋼CrMo-114，即在低碳Cr～Mo系低合金鋼的基礎(chǔ)上添加了微量的Nb、Ti、

2、V等微合金元素。通過(guò)精選爐料，嚴(yán)格控制電爐冶煉（EAF）、爐外精煉（LF）、真空脫氣（VD）及水平連鑄（HCC）等工藝過(guò)程，使各元素百分比滿足設(shè)計(jì)要求；經(jīng)熱軋將鋼坯制成Ф114.3mm×8.31mm規(guī)格的管材。為保證熱處理工藝的合理性，采用熱膨脹法測(cè)定CrMo-114鋼的CCT曲線。依據(jù)相變點(diǎn)溫度，選擇880℃～960℃為淬火加熱溫度，保溫30min或60min后水淬，在580℃～640℃進(jìn)行高溫回火處理。采用金相顯微鏡（OM）、掃描電

3、鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等對(duì)不同熱處理?xiàng)l件下的組織、微結(jié)構(gòu)、相組成和夾雜物進(jìn)行表征。通過(guò)拉伸試驗(yàn)和縱、橫向沖擊試驗(yàn)等，研究鋼的強(qiáng)度、硬度及韌性隨組織不同的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：CrMo-114鋼軋態(tài)組織為粒狀貝氏體，淬火后組織主要為板條馬氏體，板條長(zhǎng)度和寬度分別為5～10μm和0.5～1.5μm，晶粒度高于7級(jí)。隨淬火溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，組織發(fā)生粗化；其中淬火加熱溫度的影響更為顯著，超過(guò)920℃晶粒急劇長(zhǎng)大。TEM下看

4、到馬氏體平行排列的板條狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部是由高密度的位錯(cuò)胞組成的亞結(jié)構(gòu)，邊界處存在少量的條狀殘余奧氏體膜。高溫回火后組織為回火索氏體。隨回火溫度的升高，發(fā)生鐵素體組織的等軸化和滲碳體顆粒的聚集長(zhǎng)大。還發(fā)現(xiàn)鋼中存在方形、顆粒、橢球及不規(guī)則等形狀的第二相，經(jīng)對(duì)電子衍射花樣標(biāo)定可知第二相主要是TiN、V（C，N））、（Ti，Nb）CN、TiC。經(jīng)SEM觀察與分析，發(fā)現(xiàn)沖擊斷口存在大量的韌窩和撕裂棱，說(shuō)明斷裂前CrMo-114鋼發(fā)生較大的塑性變形，

5、與沖擊韌性測(cè)試結(jié)果相吻合。其斷裂機(jī)制以微孔聚集型的延性斷裂為主，局部存在少量的沿晶斷裂。同時(shí)斷口處存在少量夾雜物，由于煉鋼過(guò)程的變性Ca處理，使其主要呈球狀和橢球形，改善了鋼的韌性。經(jīng)能譜分析（EDS）可知，主要是錳的復(fù)合硫化物（Mn，F(xiàn)e）S以及SiO2、Al2O3、MnO和CaO復(fù)合型夾雜物。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，隨回火溫度的升高，鋼的韌性增加但強(qiáng)度下降，在640℃達(dá)到了良好的匹配。結(jié)合不同熱處理?xiàng)l件下CrMo-114鋼組織變化規(guī)律