热处理工艺对9Cr钢组织与力学性能的影响

金融理财 阅读(654)

随着中国油田开采年限的增加,海上油气开发以及油田高压开采的发展,抽油杆的使用环境已朝着深井和腐蚀的方向发展。目前,常用的20CrMo,30CrMo和35CrMo材料已引起燃料棒断裂事故的发生,严重影响了原油的生产,增加了修井成本,增加了原油成本。因此,对抽油杆用钢的强度和耐腐蚀性提出了更高的要求。研究人员设计了一种质量分数约为9%的低碳中铬钢(9Cr钢),以确保良好的机械性能和耐腐蚀性,该质量分数高于耐候钢和不锈钢的质量分数。可以有效降低生产成本。通过研究不同冷却速率下的相变规律以及不同奥氏体化温度下的组织和力学性能,总结了冷却速率和奥氏体化温度对9Cr钢的影响。抽油杆为设置热处理过程提供指导。

将测试钢在25kg真空感应炉中冶炼。将板坯在1200°C锻造1h,然后锻造成Φ25.4mm×2m的钢棒。最终锻造温度为900°C。锻造后,空冷至室温,测试钢的化学成分(质量分数,%):C0.082,Cr9.140,Si0.230,Mn 0.150,P0.005,S0.002。

从钢筋上切下热膨胀样品,并且在100s的加热时间内将热膨胀样品迅速加热至860℃。孵育5分钟后,将温度在5 s内降至Ac3温度,然后分别降至0.03、0.06。将0.14、0.28、0.81、1.62、4.05、8.10和16.2°C/s连续冷却至室温。根据热膨胀曲线,通过切线法确定不同冷却速率下试验钢的相变温度,并结合金相和硬度试验进行连续冷却。变换曲线,并根据相变定律估计组织演化的鼻子。将钢棒分别加热到860和1000°C进行奥氏体化处理20分钟,然后空气冷却到室温,最后加热到200°C保持1 h。通过OM,SEM,TEM,XRD和室温拉伸比较研究了9Cr钢在不同热处理温度下的组织和力学性能。

研究表明,随着冷却速率的提高,9Cr钢经历了铁素体/珠光体相变和贝氏体相变,其中马氏体相变的临界冷却速率为1.6°C/s。在860°C热处理后为9Cr。钢的显微组织为板条贝氏体/马氏体,少量的等轴铁素体,残余奥氏体含量为4%。奥氏体化温度升高至1000°C后奥氏体晶粒尺寸增大,9Cr钢中的铁素体几乎消失,板条特性更加明显,力学性能与860°C热处理后基本相同,均满足HL的要求等级的抽油杆钢,表明9Cr钢具有较宽的奥氏体化温度范围。

——