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石油钻井25MnV钢套管调质工艺的改进
发布时间:2016-11-30 10:31:10                  点击次数:987

  P110级石油套管是石油钻井中的重要构件。石油套管原用25CrMnMo钢制造,为降低生产成本、提高市场竞争力,通过调整Mn/C比,并用少量的V来替代合金元素Mo和Cr,开发了低成本石油套管25MnV新钢种。套管工作时插入井孔里,使井眼隔开岩层、防止井眼坍塌并保证钻探泥浆循环流动,以便于钻探开采,由于钻探地质条件不同,井下受力状态复杂,服役条件恶劣,因而对强韧性有较高要求,其技术要求为:σb≥862MPa,σs=758~965MPa,δ≥11%,ak≥20~41Jcm-2。作为油井管中的中高级产品,P110级石油套管一般经过调质热处理来实现良好的综合力学性能,所以,选择合理的热处理工艺制度是提高产品质量的根本保证。但生产中发现,石油套管按规定的调质热处理工艺处理后材料的冲击韧度偏低且不稳定,一次废品率甚至达到15%~20%,不能保证设计要求。本文采用改进的亚温淬火工艺,经工艺试验和产品使用考核,取得了良好效果。

  对问题套管取样测试其硬度为29~31HRC,化学成分(质量分数,%)为0.28C,0.22Si,1.42Mn,0.09V,0.12Ni,0.14Cr,0.013P,0.010S,抽样切块经金相检查组织为均匀的回火索氏体组织,符合APISPEC5CT标准。25MnV是合金结构钢,因此存在高温回火脆性的趋向。据此推测石油套管调质后出现冲击韧度偏低且不稳定的原因可能与回火后缓冷引起的脆化有关,但现有文献对25MnV钢出现高温回火脆性的机理分析报道尚少。为此设计了一组实验方案以证明25MnV钢的高温回火脆性:取同种材料做一批同样标准的冲击试样,经910℃×30min+600℃×60min相同的淬、回火处理后进行冲击试验,结果表明,600℃回火后水冷、空冷及炉冷的冲击韧度分别为21~23、14~16和9~11J/cm2,说明25MnV钢在淬火后的高温回火过程中,当回火后缓慢通过450~650℃的脆性发展区后,必将产生明显的高温回火脆性,从而造成冲击韧度显著下降。为消除25MnV钢的高温回火脆性,解决石油套管冲击韧度偏低且不稳定的问题,通常采用回火后快速冷却的方法。

  热处理工艺由高温调质处理910℃×30min+600℃×60min改进为亚温淬火+高温回火处理800℃×30min+600℃×60min。对用改进后的工艺处理的25MnV钢石油套管进行随机抽样检测,抗拉强度为926MPa,屈服强度为822MPa,冲击韧度为25.6J·cm-2,基本杜绝了韧性不稳定现象。生产使用结果表明,25MnV钢石油套管经亚温淬火、回火处理后得到了(M+F)的复相组织,在保证材料抗变形能力和耐磨性的基础上,显著提高了韧性,得到了强韧性的有机配合,取得了良好的应用效果。

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