V150套管熱處理工藝研發(fā)

郭長(zhǎng)修，王　震（.上海睿耐機(jī)械自動(dòng)化有限公司，上海寶山0908；.前洲無(wú)縫鋼管有限公司，江蘇　無(wú)錫　48）

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V150套管熱處理工藝研發(fā)

郭長(zhǎng)修1，王震2
（1.上海睿耐機(jī)械自動(dòng)化有限公司，上海寶山201908；2.前洲無(wú)縫鋼管有限公司，江蘇無(wú)錫214181）

一般情況下，為了改善鋼材的使用性能和工藝性能，向碳素鋼中加入一些合金元素，這些合金元素在提高鋼材工藝性能同時(shí)，也增加了熱處理工藝的復(fù)雜性。本文在充分考慮合金元素對(duì)熱處理溫度影響條件下，對(duì)V150套管進(jìn)行了系統(tǒng)性熱處理試驗(yàn)，找到了最佳熱處理工藝。

工藝性能；合金元素；熱處理溫度

本次V150套管規(guī)格為φ139.7×12.7mm （牌號(hào)為 16Cr-MoVNb），主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，要求達(dá)到的力學(xué)性能值見(jiàn)表2。

表1　16CrMoVNb化學(xué)成分

表2　力學(xué)性能要求

1　熱軋態(tài)組織及性能

鋼管的熱軋態(tài)組織為粒狀B，其屈服強(qiáng)度750～780MPa，抗拉強(qiáng)度900～930MPa，伸長(zhǎng)率為20%，硬度值為HRC31，0℃沖擊韌性值T-5-8J，所以幾乎沒(méi)有沖擊韌性，沖擊斷口基本無(wú)縮頸，其金相組織見(jiàn)圖1。

圖1　500倍下軋態(tài)組織

2　不同溫度下淬火組織及性能

為了得到最佳的綜合力學(xué)性能（即兼顧強(qiáng)度、韌性等），同時(shí)保證較細(xì)的晶粒度，進(jìn)行了不同溫度下的淬火實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比其淬火硬度和金相組織，期望獲得理想的淬火溫度，硬度隨溫度變化圖見(jiàn)圖2，性能隨溫度變化見(jiàn)表3。

圖2　淬火硬度隨淬火溫度變化

表3　不同溫度淬火時(shí)的組織和性能

綜合對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)，將淬火溫度定為870℃，為了保證在完全淬透的情況下，盡可能縮短保溫時(shí)間以減少晶粒長(zhǎng)大，在870℃溫度淬火，對(duì)比13min、19min、25min三個(gè)保溫時(shí)間下主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）。

表4　不同保溫時(shí)間的組織和性能

從表4可以看出，隨著淬火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，馬氏體含量有所增加，同樣伴隨著晶粒的長(zhǎng)大，綜合對(duì)比，19min的保溫時(shí)間獲得的綜合性能較理想，最終確定淬火溫度870℃，保溫時(shí)間19min。

3　不同回火溫度下組織及性能

隨后在500～750℃之間進(jìn)行階梯性回火溫度試驗(yàn)，得出在500～600℃之間回火時(shí)，材料的強(qiáng)度、硬度隨著回火溫度的升高有逐漸降低的趨勢(shì)，但幅度不大，在600～700℃回火時(shí)，材料的強(qiáng)度、硬度隨著回火溫度的升高明顯降低，且降低幅度較大，而超過(guò)750℃回火時(shí)，強(qiáng)度、硬度出現(xiàn)增大現(xiàn)象；而沖擊韌性隨回火溫度提高有增大趨勢(shì)。其工藝參數(shù)和力學(xué)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3～4。

表5　不同溫度回火時(shí)的力學(xué)性能變化

圖3　強(qiáng)度隨溫度變化曲線

圖4　硬度和沖擊韌性隨溫度變化曲線

綜合對(duì)比不同溫度下的組織和性能，為了得到理想力學(xué)性能，將回火溫度確定為570℃。

根據(jù)小爐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了兩次大爐實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證小爐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。根據(jù)爐溫溫差修正，最終分別以910℃淬火，610℃回火，120s節(jié)拍和910℃淬火，610℃回火，160s節(jié)拍進(jìn)行了試生產(chǎn)。

其中淬火爐出爐溫度860～870℃，水淬前鋼管外表面溫度840℃，期間對(duì)淬火后鋼管的淬透性能進(jìn)行了檢測(cè)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，通過(guò)對(duì)比小爐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出淬火溫度合適的結(jié)論。

經(jīng)過(guò)610℃回火，不同保溫時(shí)間的鋼管力學(xué)性能均滿足目標(biāo)值，對(duì)比發(fā)現(xiàn)保溫時(shí)間稍長(zhǎng)的沖擊韌性更佳，具體力學(xué)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7　小批量試生產(chǎn)力學(xué)性能

對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

（1）熱軋是否經(jīng)過(guò)再加熱爐?；瘜?duì)鋼管力學(xué)性能影響不大；

（2）不同節(jié)拍（即保溫時(shí)間）對(duì)鋼管強(qiáng)度影響不大，延長(zhǎng)保溫時(shí)間對(duì)沖擊韌性的提升有一定作用。

根據(jù)實(shí)際試生產(chǎn)數(shù)據(jù)和小爐試驗(yàn)，最終把熱處理工藝定在910℃淬火，610℃回火，120s節(jié)拍進(jìn)行大批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)性能如表8。

表8　批量生產(chǎn)力學(xué)性能

把表8和表2數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，在目前熱處理工藝下性能能夠完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　結(jié)論

（1）熱軋后是否在線?；瘜?duì)后續(xù)熱處理影響不大；

（2）保溫時(shí)間（即節(jié)拍）在一定范圍內(nèi)對(duì)性能影響不大；

（3）要保證熱處理爐溫穩(wěn)定性及均勻性；

（4）淬火過(guò)程中要保證鋼管淬透性。

參考資料

［1］李陽(yáng)華.超深井用高強(qiáng)高韌V150油套管的研發(fā)與開(kāi)發(fā)［D］.2013.

［2］李陽(yáng)華，李紅英，等.回火工藝對(duì)超深井用V150油套管強(qiáng)韌性的影響.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

［3］姜新越，胡 峰，等.回火溫度對(duì)V150鉆桿鋼的強(qiáng)韌性匹配的影響.鋼管，2012，10.

王 震（1982-），男，研究生，主要負(fù)責(zé)公司產(chǎn)品質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)等工作。

TG142.1+5

A

2095-2066（2016）14-0241-02

2016-5-1

郭長(zhǎng)修（1982-），男，中級(jí)工程師，本科，主要負(fù)責(zé)公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)等工作，任設(shè)計(jì)室主任。