【摘 要】
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全球油气田中大约有三分之一含有硫化氢气体,在对含硫油气田的开发过程中,腐蚀是至始至终都不可忽视的问题,因此含硫油气田的开采必须要用抗硫管。随着深井、超深井的发展,油井管的服役环境越来越恶劣,这就要求油井管具有更高的强度和韧性,同时兼有一定的抗腐蚀性能,目前抗硫级别最高的P110S级已不能满足使用要求,Q125S的开发势在必行。Q125S是API标准里级别最高的抗硫油井管,随着强度的提高,材料对腐蚀
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全球油气田中大约有三分之一含有硫化氢气体,在对含硫油气田的开发过程中,腐蚀是至始至终都不可忽视的问题,因此含硫油气田的开采必须要用抗硫管。随着深井、超深井的发展,油井管的服役环境越来越恶劣,这就要求油井管具有更高的强度和韧性,同时兼有一定的抗腐蚀性能,目前抗硫级别最高的P110S级已不能满足使用要求,Q125S的开发势在必行。Q125S是API标准里级别最高的抗硫油井管,随着强度的提高,材料对腐蚀越来越敏感,在保证材料高强度的同时兼有优良的抗腐蚀性能是一项重大的挑战。Q125S属于高品质、高附加值的产品,在国内外有着很大的市场潜力。因此开展Q125抗硫油井管的研究对国内钢铁工业意义重大。本文针对Q125S油井管进行了合金成分设计,奥氏体热变形行为研究,组织演变和热处理工艺研究,以及抗腐蚀性能研究,主要研究结果如下:(1)从降低位错密度和控制碳化物形态、减少MnS夹杂来提高抗SSCC抗力出发,适量控制合金元素Mn、Cr的添加量,复合添加Nb、V来进行合金成分设计。真应力-真应变曲线表明,温度越高,变形速率越低,再结晶越容易发生。实验钢的再结晶激活能为548kJ/mol,应用周纪华式回归的变形抗力模型在850~1050℃,0.1~10s-1范围内变形抗力的预测具有较高的精度,对轧制过程中变形抗力的预测具有重要意义。(2)相变仪测定的基本相变点Ac1为756℃,Ac3为869℃,Ar1为702℃,Ar3为830℃变形有利于先共析铁素体的析出,造成CCT曲线向左上方移动,造成马氏体相变的临界冷速增大;与经过变形相比,静态条件更容易获得马氏体组织,建议采用离线淬火获得马氏体组织,静态条件下马氏体相变的临界冷速为20℃/s。(3)实验室轧制工艺参数为加热到1200℃,保温2h,两阶段控轧,终轧温度为880~890℃,轧后空冷;然后在900~950℃保温40min淬火,在710℃回火60min后的综合力学性能达到了 Q125S油井管性能要求,组织为具有板条结构的回火索氏体,板条内部的两种位错亚结构使实验钢具有优良的强韧性匹配,同时细小弥散的碳化物均匀地分布在铁素体基体上,起到了氢陷阱的作用,有效地提高了实验钢的抗腐蚀性能。(4)三组不同处理工艺的试样在饱和H2S溶液中浸泡96小时后均出现不同程度的氢鼓泡,根据NACETM0284-2003标准要求,三者均能满足氢致开裂性能要求,且氢致裂纹敏感率1#>3#>5#;并且在一定范围内,淬火温度和回火温度越高,材料的抗HIC性能越好。(5)电化学实验结果表明:不同调质处理的实验钢均具有较低的腐蚀速率,并且在一定范围内,随着回火温度的升高,腐蚀速率存在一个极值,极值处实验钢具有较低的腐蚀速率;而淬火温度对腐蚀速率的影响相对较小。
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