微量Nb及热处理工艺对中碳Cr-Mo钢强度与抗SSC性能调控研究
发布时间：2021-06-13 05:50
严苛酸性H2S环境油气田深井的开发,迫切需要高性能抗硫化物应力开裂（SSC）油井管材。但随着强度的提高,油井管抗SSC性能严重下降,尤其是C110及以上级油井管,二者之间的矛盾更加突出。近年来,已尝试采用Nb微合金化及热处理工艺调控来解决该关键技术难题,但由于相关组织影响因素复杂,该调控规律及机理却少有涉及。为此,本文基于Thermo-Calc?热力学计算,设计制备了不同Nb含量的中碳Cr-Mo马氏体钢;借助于不同参数的淬火+回火处理试验、力学性能测试、双悬臂梁（DCB）试验、氢渗透试验、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）等方法,研究掌握了微量Nb及热处理对试验钢回火马氏体微结构、屈服强度、氢渗透行为、SSC行为及抗SSC性能的影响规律,分析揭示了其中的调控作用及机理,取得了如下主要结果。在1600400 oC温度范围内,中碳Cr-Mo钢主要沉淀相按其析出温度由高到低的排序依次为:富Ti的（Ti,Nb,V）（C,N）、富Nb的（Ti,Nb,V）（...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和研究的目的及意义
1.2 石油气田开发对抗SSC油井管的需求
1.2.1 石油气田的开发现状和前景及其对SSC油井管的需求
1.2.2 油井管的结构、失效形式与性能要求
1.3 H_2S应力腐蚀
1.3.1 H_2S应力腐蚀的基本特征
1.3.2 H_2S应力腐蚀研究和试验方法
1.4 H_2S应力腐蚀开裂机制
1.4.1 无塑性变形的氢致开裂机理
1.4.2 氢促进局部塑性变形理论
1.5 H_2S应力腐蚀开裂影响因素
1.5.1 合金元素对组织及SSC性能影响
1.5.2 热处理工艺对组织及SSC性能影响
1.6 本论文研究的目的、意义和主体内容
1.6.1 研究目的与意义
1.6.2 主要研究内容
第2章 中碳Cr-Mo钢冶金基础研究-平衡相的热力学计算
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.3 Nb对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.4 V对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.5 Ti对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.6 本章小结
第3章 Nb对中碳Cr-Mo钢组织和力学性能的影响
3.1 引言
3.2 试验材料与方法
3.2.1 试验材料及热处理工艺
3.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
3.3 试样钢的拉伸性能
3.4 组织观察
3.4.1 原奥晶粒观察
3.4.2 马氏体亚结构观察
3.5 析出相观察
3.5.1 轧态样品析出相观察
3.5.2 淬火态样品析出相观察
3.5.3 回火态样品析出相观察
3.6 位错观察
3.7 Nb对轧态及淬火态析出行为影响分析
3.8 Nb对于回火态析出行为的影响
3.9 Nb对马氏体亚结构的细化作用
3.10 Nb提高马氏体钢屈服强度机理分析
3.10.1 细晶强化
3.10.2 析出强化
3.10.3 位错强化
3.11 本章小结
第4章 Nb对中碳Cr-Mo钢抗SSC性能影响
4.1 引言
4.2 试验材料与方法
4.2.1 试验材料及热处理工艺
4.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
4.2.3 氢渗透试验
4.3 Nb试验钢的力学性能和抗SSC性能影响
4.4 不同Nb含量试验钢DCB试样断口形貌观察
4.5 Nb对试验钢组织形貌影响
4.6 Nb对试验钢位错密度的影响
4.7 Nb对试验钢析出相的影响
4.8 Nb对氢渗透行为的影响
4.9 Nb影响氢渗透行为机理分析
4.9.1 固溶原子对可逆氢陷阱的影响
4.9.2 晶界对可逆氢陷阱的影响
4.9.3 位错对可逆氢陷阱的影响
4.9.4 Nb对可扩散氢浓度C_0影响分析
4.10 NB对SSC裂纹萌生影响机理分析
4.11 Nb对SSC裂纹扩展影响机理分析
4.12 晶界与K_(ISSC)定量关系探讨
4.13 Nb对抗SSC性能影响机理分析
4.14 小结
第5章 淬火温度对中碳Cr-Mo钢抗SSC性能影响
5.1 引言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 试验材料及热处理工艺
5.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
5.2.3 氢渗透试验
5.3 试验钢的力学性能和抗SSC性能
5.4 不同淬火温度试验钢DCB样品断口形貌观察
5.5 淬火温度对试验钢组织形貌影响
5.6 淬火温度对试验钢位错密度的影响
5.7 淬火温度对试验钢析出相的影响
5.8 不同淬火温度对氢渗透行为的影响
5.9 晶界和氢渗透行为关系探讨
5.9.1 固溶原子对可扩散氢浓度C_0的影响
5.9.2 晶界对可逆氢陷阱的影响
5.9.3 位错对可逆氢陷阱的影响
5.9.4 淬火温度对可扩散氢浓度C_0影响分析
5.10 淬火温度对SSC裂纹萌生影响机理分析
5.11 Nb对SSC裂纹扩展影响机理分析
5.12 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3227125
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和研究的目的及意义
1.2 石油气田开发对抗SSC油井管的需求
1.2.1 石油气田的开发现状和前景及其对SSC油井管的需求
1.2.2 油井管的结构、失效形式与性能要求
1.3 H_2S应力腐蚀
1.3.1 H_2S应力腐蚀的基本特征
1.3.2 H_2S应力腐蚀研究和试验方法
1.4 H_2S应力腐蚀开裂机制
1.4.1 无塑性变形的氢致开裂机理
1.4.2 氢促进局部塑性变形理论
1.5 H_2S应力腐蚀开裂影响因素
1.5.1 合金元素对组织及SSC性能影响
1.5.2 热处理工艺对组织及SSC性能影响
1.6 本论文研究的目的、意义和主体内容
1.6.1 研究目的与意义
1.6.2 主要研究内容
第2章 中碳Cr-Mo钢冶金基础研究-平衡相的热力学计算
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.3 Nb对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.4 V对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.5 Ti对Cr-Mo钢热力学平衡相的影响
2.6 本章小结
第3章 Nb对中碳Cr-Mo钢组织和力学性能的影响
3.1 引言
3.2 试验材料与方法
3.2.1 试验材料及热处理工艺
3.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
3.3 试样钢的拉伸性能
3.4 组织观察
3.4.1 原奥晶粒观察
3.4.2 马氏体亚结构观察
3.5 析出相观察
3.5.1 轧态样品析出相观察
3.5.2 淬火态样品析出相观察
3.5.3 回火态样品析出相观察
3.6 位错观察
3.7 Nb对轧态及淬火态析出行为影响分析
3.8 Nb对于回火态析出行为的影响
3.9 Nb对马氏体亚结构的细化作用
3.10 Nb提高马氏体钢屈服强度机理分析
3.10.1 细晶强化
3.10.2 析出强化
3.10.3 位错强化
3.11 本章小结
第4章 Nb对中碳Cr-Mo钢抗SSC性能影响
4.1 引言
4.2 试验材料与方法
4.2.1 试验材料及热处理工艺
4.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
4.2.3 氢渗透试验
4.3 Nb试验钢的力学性能和抗SSC性能影响
4.4 不同Nb含量试验钢DCB试样断口形貌观察
4.5 Nb对试验钢组织形貌影响
4.6 Nb对试验钢位错密度的影响
4.7 Nb对试验钢析出相的影响
4.8 Nb对氢渗透行为的影响
4.9 Nb影响氢渗透行为机理分析
4.9.1 固溶原子对可逆氢陷阱的影响
4.9.2 晶界对可逆氢陷阱的影响
4.9.3 位错对可逆氢陷阱的影响
4.9.4 Nb对可扩散氢浓度C_0影响分析
4.10 NB对SSC裂纹萌生影响机理分析
4.11 Nb对SSC裂纹扩展影响机理分析
4.12 晶界与K_(ISSC)定量关系探讨
4.13 Nb对抗SSC性能影响机理分析
4.14 小结
第5章 淬火温度对中碳Cr-Mo钢抗SSC性能影响
5.1 引言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 试验材料及热处理工艺
5.2.2 力学性能及抗SSC性能测试
5.2.3 氢渗透试验
5.3 试验钢的力学性能和抗SSC性能
5.4 不同淬火温度试验钢DCB样品断口形貌观察
5.5 淬火温度对试验钢组织形貌影响
5.6 淬火温度对试验钢位错密度的影响
5.7 淬火温度对试验钢析出相的影响
5.8 不同淬火温度对氢渗透行为的影响
5.9 晶界和氢渗透行为关系探讨
5.9.1 固溶原子对可扩散氢浓度C_0的影响
5.9.2 晶界对可逆氢陷阱的影响
5.9.3 位错对可逆氢陷阱的影响
5.9.4 淬火温度对可扩散氢浓度C_0影响分析
5.10 淬火温度对SSC裂纹萌生影响机理分析
5.11 Nb对SSC裂纹扩展影响机理分析
5.12 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3227125
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