超高强度钻杆钢在不同加载速率下的力学性能研究
发布时间：2021-07-12 04:41
本文主要通过拉伸试验机系统的研究高强度钻杆钢G105、S135和超高强度钻杆钢V150、U165在不同加载速率下的拉伸性能和断裂韧性,同时用SEM及TEM研究了钻杆钢的显微组织及断口形貌,综合分析这四种钻杆钢的力学断裂机理以及微观显微组织,为设计钻杆钢力学性能提供依据。四种高级强度钻杆钢的显微组织均为回火索氏体,其中超高强度钻杆钢U165和V150晶粒极其细小。超高强度钢级U165和V150碳化物颗粒主要为（Cr,Fe）23C6,主要特征为弥散分布在原奥氏体晶界,但并不连续,因此对钻杆性能的有害性有限。四种钢级的硬度由大到小的排序为,U165>V150>S135>G105,这主要是由材料组织晶粒度决定。对于四种钢,随着钢级提高,材料的抗拉强度增加速率低于屈服强度,屈服点应变与屈服强度呈现出正相关性,抗拉强度点应变和抗拉强度呈现出负相关性。G105、S135、V150钻杆钢的总伸长率随钢级增大总体呈下降趋势,但U165的伸长率有略有增加,且静力韧度最高,表明超高强度钻杆钢U165具有优良的综合拉伸性能。加载速率的升高,四种钢的屈服强度单调增加,但增加速率逐渐降低,尤其是...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
西安石油大学硕士学位论文12图2-2钻杆钢的金相显微组织（a）G105钢；（b）S135钢；（c）V150钢；（d）U165钢2.3.3扫描电镜显微组织分析由于金相显微镜分析不出确定超高强度钻杆的显微组织，也不能观察超高强度钻杆钢中碳化物的形貌和分布，而碳化物形貌和分布对最终确定组织构成具有决定性的作用，扫描电镜可以解决这个问题，本试验选用JSM-6390型号扫描电镜。由于本文所研究的V150和U165两种超高强度钻杆钢的微观组织均十分细小，一般显微镜识别不了组织形貌，也确定不了组织构成。为了观察组织，利用SEM将组织放大至10000倍，如图2-3（a）和（b）为钻杆钢V150和U165的SEM组织图片。分析可知U165钻杆钢的晶粒度约为14级，大小约为2-3μm，V150钻杆钢的晶粒度等级比U165钻杆钢略小一点，两种钢晶粒度基本一致，约为13级，S135晶粒度大致为11级左右，G105钢的晶粒度相对最低，大致为9级。从图2-3（a）和（b）中还发现V150、U165钢组织具有许多连续或断续分布的浅色相，构成一个近似椭圆形边框，两者在尺寸大小上有差异，分析认为这和该钢的原奥氏体尺寸是对应的，显然更高强度的U165钢的具有更小的原奥氏体尺寸，图2-3（b）中虚线约为4～5μm，平均约为4.5μm。同时发现图2-3（a）和（b）中原奥氏体晶界的碳化物长度较大，分析认为分布于晶界的连续强化相对材料力学性能是有害的，材料在拉伸过程中容易从连续分布的强化相处发生解离，因此会极大降低材料力学性能。又因为
西安石油大学硕士学位论文14得该钢满足超高强度钢的性能指标要求。图2-3钻杆钢的SEM和TEM(a)V150钢SEM；(b)U165钢SEM；(c)V150钢TEM；(d)U165钢TEM2.3.5超高强度钢中碳化物的确定（1）利用XRD确定碳化物构成超高强度钢的强度很好，这与材料中的碳化物是密不可分的，本研究采用XRD方法确定材料的中的碳化物构成，经过多台不同厂家的XRD设备均没有检测到碳化物，如图2-4是U165钢的XRD检测图，可以看出只检测到铁素体，没有检测到其他构成，但如图2-3SEM和TEM的碳化物能够观察得十分清楚，在如图2-3（a）和（b）的SEM图片中呈现为白色颗粒，在图（c）和（d）的TEM图片中呈黑色颗粒，因此认定该方法不适合确定超高强度钢中碳化物种类，可能归因于碳化颗粒偏小，或总量不足够多所致。图2-4利用XRD检测U165中碳化物构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强度钢材疲劳性能研究进展[J]. 郭宏超,毛宽宏,万金怀,郝际平,李慎,王振山. 建筑结构学报. 2019(04)
[2]690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为[J]. 陈凯,杜东海,张乐福. 上海交通大学学报. 2017(11)
[3]基于棒材拉伸试验确定金属材料真实应力应变关系的研究[J]. 王少辉,李颖,翁依柳,孙凯. 塑性工程学报. 2017(04)
[4]回火温度对26CrMo钻杆钢显微组织和力学性能的影响[J]. 舒志强,袁鹏斌,欧阳志英,龚丹梅,白雪明. 金属学报. 2017(06)
[5]G105钻杆钢在H2S溶液中的应力腐蚀开裂行为[J]. 郑新侠. 热加工工艺. 2016(22)
[6]S135钢级Φ139.7mm钻杆管体断裂失效分析[J]. 陈长青,刘聪,钱强. 焊管. 2016(10)
[7]G105钢制钻杆腐蚀失效的原因[J]. 朱丽娟,刘永刚,李方坡,王新虎,袁军涛,路彩虹. 腐蚀与防护. 2016(09)
[8]不同热处理对V150钻杆材料组织及性能的影响[J]. 刘阁,黄本生,彭程,张健,余世杰. 材料热处理学报. 2016(07)
[9]基于三维图像相关的铝合金板真实应力应变曲线研究[J]. 杨文凯,蒋明. 苏州科技学院学报(工程技术版). 2016(02)
[10]G105钻杆刺穿原因分析[J]. 寇菊荣,杜志杰,张国正,夏吉龙,王荣青,吕祥鸿. 热加工工艺. 2016(08)
本文编号：3279222
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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西安石油大学硕士学位论文12图2-2钻杆钢的金相显微组织（a）G105钢；（b）S135钢；（c）V150钢；（d）U165钢2.3.3扫描电镜显微组织分析由于金相显微镜分析不出确定超高强度钻杆的显微组织，也不能观察超高强度钻杆钢中碳化物的形貌和分布，而碳化物形貌和分布对最终确定组织构成具有决定性的作用，扫描电镜可以解决这个问题，本试验选用JSM-6390型号扫描电镜。由于本文所研究的V150和U165两种超高强度钻杆钢的微观组织均十分细小，一般显微镜识别不了组织形貌，也确定不了组织构成。为了观察组织，利用SEM将组织放大至10000倍，如图2-3（a）和（b）为钻杆钢V150和U165的SEM组织图片。分析可知U165钻杆钢的晶粒度约为14级，大小约为2-3μm，V150钻杆钢的晶粒度等级比U165钻杆钢略小一点，两种钢晶粒度基本一致，约为13级，S135晶粒度大致为11级左右，G105钢的晶粒度相对最低，大致为9级。从图2-3（a）和（b）中还发现V150、U165钢组织具有许多连续或断续分布的浅色相，构成一个近似椭圆形边框，两者在尺寸大小上有差异，分析认为这和该钢的原奥氏体尺寸是对应的，显然更高强度的U165钢的具有更小的原奥氏体尺寸，图2-3（b）中虚线约为4～5μm，平均约为4.5μm。同时发现图2-3（a）和（b）中原奥氏体晶界的碳化物长度较大，分析认为分布于晶界的连续强化相对材料力学性能是有害的，材料在拉伸过程中容易从连续分布的强化相处发生解离，因此会极大降低材料力学性能。又因为
西安石油大学硕士学位论文14得该钢满足超高强度钢的性能指标要求。图2-3钻杆钢的SEM和TEM(a)V150钢SEM；(b)U165钢SEM；(c)V150钢TEM；(d)U165钢TEM2.3.5超高强度钢中碳化物的确定（1）利用XRD确定碳化物构成超高强度钢的强度很好，这与材料中的碳化物是密不可分的，本研究采用XRD方法确定材料的中的碳化物构成，经过多台不同厂家的XRD设备均没有检测到碳化物，如图2-4是U165钢的XRD检测图，可以看出只检测到铁素体，没有检测到其他构成，但如图2-3SEM和TEM的碳化物能够观察得十分清楚，在如图2-3（a）和（b）的SEM图片中呈现为白色颗粒，在图（c）和（d）的TEM图片中呈黑色颗粒，因此认定该方法不适合确定超高强度钢中碳化物种类，可能归因于碳化颗粒偏小，或总量不足够多所致。图2-4利用XRD检测U165中碳化物构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]高强度钢材疲劳性能研究进展[J]. 郭宏超,毛宽宏,万金怀,郝际平,李慎,王振山. 建筑结构学报. 2019(04)
[2]690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为[J]. 陈凯,杜东海,张乐福. 上海交通大学学报. 2017(11)
[3]基于棒材拉伸试验确定金属材料真实应力应变关系的研究[J]. 王少辉,李颖,翁依柳,孙凯. 塑性工程学报. 2017(04)
[4]回火温度对26CrMo钻杆钢显微组织和力学性能的影响[J]. 舒志强,袁鹏斌,欧阳志英,龚丹梅,白雪明. 金属学报. 2017(06)
[5]G105钻杆钢在H2S溶液中的应力腐蚀开裂行为[J]. 郑新侠. 热加工工艺. 2016(22)
[6]S135钢级Φ139.7mm钻杆管体断裂失效分析[J]. 陈长青,刘聪,钱强. 焊管. 2016(10)
[7]G105钢制钻杆腐蚀失效的原因[J]. 朱丽娟,刘永刚,李方坡,王新虎,袁军涛,路彩虹. 腐蚀与防护. 2016(09)
[8]不同热处理对V150钻杆材料组织及性能的影响[J]. 刘阁,黄本生,彭程,张健,余世杰. 材料热处理学报. 2016(07)
[9]基于三维图像相关的铝合金板真实应力应变曲线研究[J]. 杨文凯,蒋明. 苏州科技学院学报(工程技术版). 2016(02)
[10]G105钻杆刺穿原因分析[J]. 寇菊荣,杜志杰,张国正,夏吉龙,王荣青,吕祥鸿. 热加工工艺. 2016(08)
本文编号：3279222
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