石油開采及井下固井工具是在數(shù)千米深的井中作業(yè),環(huán)境惡劣,受力狀況復(fù)雜。通常情況下,固井工具既要承受拉應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力,也要承受強(qiáng)烈的摩擦和沖擊。同時,工具也要耐高溫、高壓和CO2、H2S等腐蝕氣體的侵蝕。這就要求井下材料具有良好的綜合性能,既要有強(qiáng)度與韌性的良好匹配,還要具有良好的防腐蝕性能?;诰鹿ぞ叩氖褂靡?,27CrMoTi鋼是井下固井工具中常用的材質(zhì)。通過采用不同的熱處理工藝,對比分析27CrMoTi鋼的力學(xué)性能變化。
試驗用鋼為27CrMoTi無縫鋼管,名義化學(xué)成分見表1。采用膨脹法結(jié)合金相硬度法測定試驗鋼的CCT曲線。在27CrMoTi無縫管上取得Φ4mm×10mm的試樣,使用DIL805A型膨脹儀進(jìn)行試驗。將試樣以20℃/s速度加熱到1000℃,保溫5min,然后以10℃/s的速度冷卻到900℃,試樣保溫20s后分別以0.2、1、2、3、4、10、20和30℃/s的冷速冷卻至室溫,測得試樣的膨脹量-溫度曲線。
表1 試驗鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)
C
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Mn
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Cr
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Mo
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Ti
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P
|
S
|
0.2~0.4
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≤1.0
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0.6~1.5
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0.2~0.5
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0.05~0.25
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≤0.03
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≤0.01
|
井下工具需要進(jìn)行合理的熱處理,具備優(yōu)良的綜合力學(xué)性能才能入井使用。在箱式電阻爐中分別將試樣加熱至840℃和870℃進(jìn)行淬火處理,淬火后分別在500、540、580、600、620和640℃進(jìn)行回火處理。將不同工藝下的試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣和沖擊試樣,在CMT-4105型萬能試驗機(jī)和JB-30B型沖擊試驗機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測試,使用DMI3000M金相顯微鏡觀察組織變化。結(jié)果表明:
(1)27CrMoTi鋼連續(xù)冷卻過程中,冷速大于1℃/s時,硬度高于300HV10;冷速達(dá)到30℃/s時,奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,硬度達(dá)到569HV10。
(2)隨回火溫度提高,27CrMoTi鋼抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度呈下降趨勢,硬度隨之下降,韌性有明顯提高。
(3)870℃淬火后的強(qiáng)度明顯高于840℃淬火后的強(qiáng)度,840℃淬火后的塑性、韌性要高于870℃淬火的,且組織中存在未溶鐵素體。根據(jù)實際應(yīng)用要求,該鋼合適的熱處理工藝為870℃淬火+640℃回火。