热处理工艺对TA15X钛合金钻杆组织与性能的影响研究
发布时间：2021-08-11 21:02
钛合金钻杆具有密度低、强韧性好、耐疲劳及腐蚀性能好等优点,是当前油气工业研究的热点。本文通过力学性能测试,OM、SEM、XRD、TEM等表征方法研究了热处理工艺对TA15X钛合金钻杆组织与性能的影响,并且对实物进行了评价研究。结果表明:TA15X钛合金钻杆材料铸态为片层组织,锻态为双态组织,挤压态为片层组织,Tα/β相变温度为970℃。在相变点之下压缩外力的作用下,片层组织位错密度增加形成亚晶界和热沟槽,β相切入α相使得片层组织球化。（1）随着退火温度的升高,强度提高,延伸率下降;空冷后片层α相体积分数下降,尺寸变细短,水冷之后β相转变的针状马氏体α′体积分数增加,且尺寸变细长,原始魏氏组织转变为近网篮组织。当退火温度为900℃的时候,强度提高100MPa,空冷后延伸率也可达13%,综合性能较好。双重退火之后,强度提高,韧性下降。（2）随着固溶温度的升高,片层α相转变为β相,并且片层α相的尺寸宽度变宽,强度降低,塑性升高,位错从α相上面滑移到α/β界面处,提高了强度。（3）时效处理后,TA15X钛合金钻杆材料的β晶粒尺寸增加,晶界清晰,α相集束现象消失,晶界α相消...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同金属的温度-比强度关系
第一章绪论3时，钢钻杆的理论下井深度为12500m~15000m。三种材质的钻杆相比，铝合金钻杆的屈服强度远远低于钛合金钻杆与钢钻杆，屈服强度大于600MPa之后同等强度下钛合金钻杆的下井深度是最大的，这对于深井超深井具有广阔的应用前景。010020030040050060070080090010001100120060000550005000045000400003500030000250002000015000100005000012500m15000m25200m35300m22000m理论下入深度/m屈服强度/MPa铝合金钛合金钻井液密度2.0g/cm3钻井液密度1.0g/cm3----钢钻杆50000m图1-2钻井液密度对51/2in-钻杆最大允许下入深度影响规律[17]1.3钛合金钻杆材料热处理组织控制理论纯Ti在固态有两种同素异构体，低温下为密排六方晶格的α相，如图1-3（a）所示，高温下为体心立方晶格的β相，如图1-3（b）所示。在882.5℃发生α相到β相的同素异构转变。不同的合金元素对钛合金α/β相变点有影响，可提高或者降低钛合金相变点，钛合金固态相变过程也较为复杂。图1-3钛合金两种结构（a）α相-HCP（b）β相-BCC钛合金高温β相在快速冷却（淬火）过程中的相变：由于合金化元素成分的不同，体心立方结构的β相可以转变为六方马氏体α′相、斜方马氏体α〞相、硬脆ω相或亚稳态的过冷β相。(1)形成马氏体：α相稳定化元素过饱和的固溶体为钛合金的马氏体。β(a)(b)
出现ω相。钛合金从高温β相区快速冷却淬火会形成六方马氏体α′相、斜方马氏体α″相、硬脆ω相以及βm相，统称为钛合金的亚稳定相。在热力学知识中，这几种亚稳定相是不会稳定存在的，受热会发生相变，并且相变过程较为复杂。受到合金成分与热处理工艺的影响，这几种不同的亚稳定相相变过程是不相同的，但是最终的相变结果还是会形成平衡态的α+β相，只是α相和β相的体积分数有不同。归纳起来，不同成分的钛合金从高温β相区淬火，可以得到六种不同的物相，即α′、α〞、α〞＋βm、α〞＋β(ω)、β(ω)、βm，如图1-4。图1-4钛合金各相在快速冷却（水冷）时演变过程钛合金高温β相在慢冷（空冷或者炉冷）过程中的相变：当β稳定元素含量小于Cα的合金，炉冷的温度不管从多少摄氏度开始，当冷却到室温的时候，其平衡态组织均为单一的α相。当冷却方式为空冷时，室温平衡态组织中还保留了一部分亚稳β相，这是由于相比炉冷，空时的冷速较快，β相向α相的转变不完全。当合金的范围为Cα～B时，从高温β相区慢冷析出的一些α相，被称作次生αs相，次生αs相对钛合金的性能影响较大，随着冷却温度的降低，次生αs相的体积分数增加，α相的体积分数相对减少。当冷却到室温时，两相分别达到各自平衡浓度，室温得到αTβ
【参考文献】：
期刊论文
[1]全钛合金钻杆性能测试试验研究[J]. 杨晓勇,陈世春,冯强,刘永峰,张恒,张文华. 石油管材与仪器. 2019(04)
[2]油气开发用钛合金油井管选材及工况适用性研究进展[J]. 刘强,惠松骁,宋生印,叶文君,于洋. 材料导报. 2019(05)
[3]钨酸钠含量对钛合金钻杆微弧氧化层电偶腐蚀的影响[J]. 陈孝文,施太和,蒋烜,张德芬,赵鹏飞,陈晓平,蔡利萍,陈文贤. 材料保护. 2018(10)
[4]热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响[J]. 卢凯凯,周立鹏,段启辉,李敏娜,肖松涛,田园. 钛工业进展. 2018(04)
[5]钛合金无缝管材的研制与应用现状[J]. 余志远,于振涛,刘汉源,艾迪,李思莹. 热加工工艺. 2018(09)
[6]煤矿钛合金钻杆螺纹断裂分析[J]. 龚丹梅,韦习成,余世杰,袁鹏斌. 热加工工艺. 2018(08)
[7]钛合金油井管的生产加工工艺研发现状[J]. 肖国章. 钢管. 2018(02)
[8]钛合金管材在高含硫天然气开发中的应用现状[J]. 付亚荣,谷胜群,宋惠梅,李琳,李佶,刘祥军,杨文生. 石油机械. 2018(03)
[9]一种新型高强钛合金热处理过程中初生相形态演变和力学性能（英文）[J]. 周伟,葛鹏,赵永庆,辛社伟,李倩,陈军,张思远,黄朝文. 稀有金属材料与工程. 2017(10)
[10]TA15钛合金热变形本构方程及热加工图[J]. 袁武华,卢政,齐占福,熊运森. 热加工工艺. 2017(17)
博士论文
[1]Ti-6Al-4V-0.1B合金显微组织演变规律和力学行为研究[D]. 于洋.北京有色金属研究总院 2012
硕士论文
[1]高含H2S/CO2苛刻环境钛合金管材的耐蚀机理研究[D]. 高文平.西安石油大学 2017
[2]TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究[D]. 尹宗美.燕山大学 2014
本文编号：3336888
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同金属的温度-比强度关系
第一章绪论3时，钢钻杆的理论下井深度为12500m~15000m。三种材质的钻杆相比，铝合金钻杆的屈服强度远远低于钛合金钻杆与钢钻杆，屈服强度大于600MPa之后同等强度下钛合金钻杆的下井深度是最大的，这对于深井超深井具有广阔的应用前景。010020030040050060070080090010001100120060000550005000045000400003500030000250002000015000100005000012500m15000m25200m35300m22000m理论下入深度/m屈服强度/MPa铝合金钛合金钻井液密度2.0g/cm3钻井液密度1.0g/cm3----钢钻杆50000m图1-2钻井液密度对51/2in-钻杆最大允许下入深度影响规律[17]1.3钛合金钻杆材料热处理组织控制理论纯Ti在固态有两种同素异构体，低温下为密排六方晶格的α相，如图1-3（a）所示，高温下为体心立方晶格的β相，如图1-3（b）所示。在882.5℃发生α相到β相的同素异构转变。不同的合金元素对钛合金α/β相变点有影响，可提高或者降低钛合金相变点，钛合金固态相变过程也较为复杂。图1-3钛合金两种结构（a）α相-HCP（b）β相-BCC钛合金高温β相在快速冷却（淬火）过程中的相变：由于合金化元素成分的不同，体心立方结构的β相可以转变为六方马氏体α′相、斜方马氏体α〞相、硬脆ω相或亚稳态的过冷β相。(1)形成马氏体：α相稳定化元素过饱和的固溶体为钛合金的马氏体。β(a)(b)
出现ω相。钛合金从高温β相区快速冷却淬火会形成六方马氏体α′相、斜方马氏体α″相、硬脆ω相以及βm相，统称为钛合金的亚稳定相。在热力学知识中，这几种亚稳定相是不会稳定存在的，受热会发生相变，并且相变过程较为复杂。受到合金成分与热处理工艺的影响，这几种不同的亚稳定相相变过程是不相同的，但是最终的相变结果还是会形成平衡态的α+β相，只是α相和β相的体积分数有不同。归纳起来，不同成分的钛合金从高温β相区淬火，可以得到六种不同的物相，即α′、α〞、α〞＋βm、α〞＋β(ω)、β(ω)、βm，如图1-4。图1-4钛合金各相在快速冷却（水冷）时演变过程钛合金高温β相在慢冷（空冷或者炉冷）过程中的相变：当β稳定元素含量小于Cα的合金，炉冷的温度不管从多少摄氏度开始，当冷却到室温的时候，其平衡态组织均为单一的α相。当冷却方式为空冷时，室温平衡态组织中还保留了一部分亚稳β相，这是由于相比炉冷，空时的冷速较快，β相向α相的转变不完全。当合金的范围为Cα～B时，从高温β相区慢冷析出的一些α相，被称作次生αs相，次生αs相对钛合金的性能影响较大，随着冷却温度的降低，次生αs相的体积分数增加，α相的体积分数相对减少。当冷却到室温时，两相分别达到各自平衡浓度，室温得到αTβ
【参考文献】：
期刊论文
[1]全钛合金钻杆性能测试试验研究[J]. 杨晓勇,陈世春,冯强,刘永峰,张恒,张文华. 石油管材与仪器. 2019(04)
[2]油气开发用钛合金油井管选材及工况适用性研究进展[J]. 刘强,惠松骁,宋生印,叶文君,于洋. 材料导报. 2019(05)
[3]钨酸钠含量对钛合金钻杆微弧氧化层电偶腐蚀的影响[J]. 陈孝文,施太和,蒋烜,张德芬,赵鹏飞,陈晓平,蔡利萍,陈文贤. 材料保护. 2018(10)
[4]热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响[J]. 卢凯凯,周立鹏,段启辉,李敏娜,肖松涛,田园. 钛工业进展. 2018(04)
[5]钛合金无缝管材的研制与应用现状[J]. 余志远,于振涛,刘汉源,艾迪,李思莹. 热加工工艺. 2018(09)
[6]煤矿钛合金钻杆螺纹断裂分析[J]. 龚丹梅,韦习成,余世杰,袁鹏斌. 热加工工艺. 2018(08)
[7]钛合金油井管的生产加工工艺研发现状[J]. 肖国章. 钢管. 2018(02)
[8]钛合金管材在高含硫天然气开发中的应用现状[J]. 付亚荣,谷胜群,宋惠梅,李琳,李佶,刘祥军,杨文生. 石油机械. 2018(03)
[9]一种新型高强钛合金热处理过程中初生相形态演变和力学性能（英文）[J]. 周伟,葛鹏,赵永庆,辛社伟,李倩,陈军,张思远,黄朝文. 稀有金属材料与工程. 2017(10)
[10]TA15钛合金热变形本构方程及热加工图[J]. 袁武华,卢政,齐占福,熊运森. 热加工工艺. 2017(17)
博士论文
[1]Ti-6Al-4V-0.1B合金显微组织演变规律和力学行为研究[D]. 于洋.北京有色金属研究总院 2012
硕士论文
[1]高含H2S/CO2苛刻环境钛合金管材的耐蚀机理研究[D]. 高文平.西安石油大学 2017
[2]TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究[D]. 尹宗美.燕山大学 2014
本文编号：3336888
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3336888.html
