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射孔完井是国内外广泛使用的一种完井方式,射孔是石油勘探与开发工程中极其重要的一项技术,也是提高油气井采收率的重要手段之一。射孔作业中射孔枪管作为弹架对射孔方向进行定位,并在爆炸过程中保护油层套管,其尺寸精度、性能及内外表面质量的要求都极为苛刻,对射孔作业质量起着至关重要的作用,以前全部依靠进口。本文根据工程需要,设计并开发了一种新型射孔枪管用钢CrMo-114,即在低碳Cr-Mo系低合金钢的基础上添加了微量的Nb、Ti、V等微合金元素。通过精选炉料,严格控制电炉冶炼(EAF)、炉外精炼(LF)、真空脱气(VD)及水平连铸(HCC)等工艺过程,使各元素百分比满足设计要求;经热轧将钢坯制成Φ114.3 mm×8.31 mm规格的管材。为保证热处理工艺的合理性,采用热膨胀法测定CrMo-114钢的CCT曲线。依据相变点温度,选择880℃～960℃为淬火加热温度,保温30min或60min后水淬,在580℃～640℃进行高温回火处理。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等对不同热处理条件下的组织、微结构、相组成和夹杂物进行表征。通过拉伸试验和纵、横向冲击试验等,研究钢的强度、硬度及韧性随组织不同的变化规律。试验结果表明:CrMo-114钢轧态组织为粒状贝氏体,淬火后组织主要为板条马氏体,板条长度和宽度分别为5～10μm和0.5～1.5μm,晶粒度高于7级。随淬火温度的升高和保温时间的延长,组织发生粗化;其中淬火加热温度的影响更为显著,超过920℃晶粒急剧长大。TEM下看到马氏体平行排列的板条状结构,其内部是由高密度的位错胞组成的亚结构,边界处存在少量的条状残余奥氏体膜。高温回火后组织为回火索氏体。随回火温度的升高,发生铁素体组织的等轴化和渗碳体颗粒的聚集长大。还发现钢中存在方形、颗粒、椭球及不规则等形状的第二相,经对电子衍射花样标定可知第二相主要是TiN、V(C,N))、(Ti,Nb)CN、TiC。经SEM观察与分析,发现冲击断口存在大量的韧窝和撕裂棱,说明断裂前CrMo-114钢发生较大的塑性变形,与冲击韧性测试结果相吻合。其断裂机制以微孔聚集型的延性断裂为主,局部存在少量的沿晶断裂。同时断口处存在少量夹杂物,由于炼钢过程的变性Ca处理,使其主要呈球状和椭球形,改善了钢的韧性。经能谱分析(EDS)可知,主要是锰的复合硫化物(Mn,Fe)S以及SiO2、Al2O3、MnO和CaO复合型夹杂物。力学性能测试结果表明,随回火温度的升高,钢的韧性增加但强度下降,在640℃达到了良好的匹配。结合不同热处理条件下CrMo-114钢组织变化规律,选定最佳热处理工艺:加热至920℃保温30 min,水淬;再经640℃回火,保温60 min后空冷。经此工艺处理后,第二相析出提高了钢的强度,均匀细小的组织保证了材料的韧性,从而得到良好的综合力学性能:屈服强度达到1059 Mpa,屈强比约为0.9,横向冲击吸收功达到80 J,韧脆转变温度为-33℃,满足射孔枪管的技术指标。