隨著中國油田開采年限的增(zēng)加、海上油(yóu)氣開發以及油田高壓(yā)開(kāi)采等技(jì)術的(de)推廣,抽油(yóu)杆的服役(yì)環境朝愈加惡(è)劣的深井、腐(fǔ)蝕等方向發展。目前普遍(biàn)采用的20CrMo、30CrMo和35CrMo材質製造的抽(chōu)油杆斷裂事故不斷發生(shēng),嚴重影響了原油產量,增加(jiā)了修井費用,提高了原油成本。因此,對抽油杆用鋼的(de)強度和(hé)耐腐蝕(shí)能力提出了更高的要求。科研人員(yuán)設計了一種(zhǒng)低碳中鉻鋼(9Cr鋼),Cr的(de)質量(liàng)分數約為9%,這一含量(liàng)高於耐候鋼低於不鏽鋼,以保證在獲得良好力學性能和(hé)耐蝕性的同時,可有效降低(dī)生產(chǎn)成本。通過研究其在不同冷速下的相變規律,以(yǐ)及不同奧氏體化溫度下的顯微組織和力學性能,總結冷卻速度與奧氏體化溫度對9Cr鋼的影響,對未來生產這一新型(xíng)抽油杆(gǎn)用設定(dìng)熱處理工藝提供(gòng)指(zhǐ)導。
試驗用鋼采用25kg真空感(gǎn)應爐冶煉,鑄坯經1200℃保溫1h後鍛造成Φ25.4mm×2m的鋼棒,終(zhōng)鍛溫度為900℃,鍛後空冷至室溫,試(shì)驗鋼化(huà)學成分(質(zhì)量分(fèn)數,%):C0.082,Cr9.140,Si0.230,Mn0.150,P0.005,S0.002。
從鋼棒上切取熱膨脹試樣,在100s升溫時間內將熱膨脹(zhàng)試樣迅(xùn)速加熱至860℃,經過5min保(bǎo)溫後,在5s時間內將溫度降至(zhì)Ac3溫度,再分(fèn)別以0.03、0.06、0.14、0.28、0.81、1.62、4.05、8.10和16.2℃/s連續冷(lěng)卻至室溫,根據(jù)熱膨脹曲線,利用切線法測定試驗鋼(gāng)在不同冷卻速度下的相變溫度,結合金(jīn)相和硬度試驗作出連續冷卻轉變曲線,並根據相(xiàng)變規律估畫組織演變鼻點。對鋼棒分別加熱至860和1000℃進行保溫20min的奧氏體化處理,然後空冷至(zhì)室溫,最後加熱至200℃回火1h。利用OM、SEM、TEM、XRD和(hé)室溫拉伸對比研究不同熱處理溫度下9Cr鋼的顯微組織及力學性能。
研究表明,隨(suí)著(zhe)冷卻速度增加,9Cr鋼發生鐵素體/珠光體相變、貝氏體相變,其中馬(mǎ)氏(shì)體相變臨界冷速為1.6℃/s;860℃熱處理後(hòu)9Cr鋼的顯微(wēi)組織為板條貝氏體/馬氏體和少量等軸鐵素體,並有4%的殘餘奧氏體;奧氏體化溫度升(shēng)至1000℃後,奧氏體晶粒(lì)尺寸增加,9Cr鋼中的(de)鐵素體幾乎消失,板條特征更加明顯,力學性能與860℃熱處理後基本相同,均達到(dào)HL級(jí)抽油杆鋼的要求,說明(míng)9Cr鋼具有較寬的(de)奧氏體化溫度窗口(kǒu)。
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