【摘 要】
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实现钻井装备服役性能优化升级的重要途径之一是在结构设计中选择高强度的结构钢作为主体材料。目前,低合金高强钢在国内井架制造中应用较少,缺乏对其力学性能及其焊接性能的系统性研究。因此,对井架用低合金高强钢及其焊接性能的研究具有重要的工程应用意义。本文完成了三种低合金高强钢Q460D、Q550D、Q690D的组织性能研究,并在不预热的条件下采用熔化极气体保护焊（GMAW）完成对接接头、T型接头的焊接试验
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实现钻井装备服役性能优化升级的重要途径之一是在结构设计中选择高强度的结构钢作为主体材料。目前,低合金高强钢在国内井架制造中应用较少,缺乏对其力学性能及其焊接性能的系统性研究。因此,对井架用低合金高强钢及其焊接性能的研究具有重要的工程应用意义。本文完成了三种低合金高强钢Q460D、Q550D、Q690D的组织性能研究,并在不预热的条件下采用熔化极气体保护焊（GMAW）完成对接接头、T型接头的焊接试验,分析了各焊接接头的组织特征与性能表现,并研究了不同工艺参数对焊缝化学成分、组织性能的影响。在母材成分与组织性能研究中,Q460D、Q550D与Q690D各母材间Mn、Cr、Mo、Ni、Cu元素含量相差较大;Q460D的显微组织由铁素体（F）+珠光体（P）组成,Q550D与Q690D的显微组织均为粒状贝氏体（GB）;各母材的屈服强度与-40℃纵向冲击性能远高于井架用结构型板材用钢要求,-40℃纵向冲击性能相对行业要求值提高了2.52倍、7.81倍与7.85倍;焊接性间接分析指标Ceq、Pcm与HCS表明,各母材具有较好抗冷裂纹倾向与焊接性。半自动对接接头工艺参数下各母材焊缝组织主要由针状铁素体（AF）组成,各母材热影响区组织不同,Q460D粗晶区（CGHAZ）由贝氏体（B）与晶内块状铁素体（PF（I））组成,细晶区（FGHAZ）由珠光体（P）与贝氏体（B）组成;Q550D粗晶区与细晶区分别由晶粒相对粗大与细小的粒状贝氏体组成,部分相变区（ICHAZ）由侧板条铁素体（FS（SP））、粒状贝氏体与M-A组元组成;Q690D粗晶区由晶粒相对粗大的粒状贝氏体与马氏体（M）组成;细晶区由细小的粒状贝氏体、少量的晶内块状铁素体与M-A组元组成,部分相变区由粒状贝氏体与M-A组元组成;而半自动焊接T型接头工艺参数下各母材的焊缝与热影响区组织相似。在不同工艺参数下采用全自动焊机焊接对接接头研究发现,各母材与焊丝中Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu元素对热输入反应较为敏感,且在较低的热输入下对焊缝元素含量影响较大,除此之外,较高的热输入下焊缝根部宽度、盖面宽度及热影响区宽度要大于较低的热输入且焊接道次相对较少。本文两种工艺参数下对焊缝与热影响区的组织、硬度性能与断口形貌与断裂机制的影响相对较小,但在较低的热输入条件下有利于获得了较好的冲击性能。结合母材组织性能与焊接接头组织性能综合研究分析得出,本文研究钢种作为钻机井架主体材料能够有效优化井架整体结构与性能。
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