高強(qiáng)高韌射孔槍管用鋼的研究.pdf

1、射孔是石油勘探和開發(fā)工程中十分重要的一項技術(shù)，對石油的采收率有明顯影響。在進(jìn)行射孔作業(yè)時,射孔槍管既要定位射孔方向又要在爆炸過程中保護(hù)油層套管,所以對其尺寸精度、內(nèi)外表面質(zhì)量和力學(xué)性能的要求非常高，我國以前全部依靠從德國進(jìn)口。
　　本論文根據(jù)實際生產(chǎn)需要，設(shè)計并開發(fā)了一種新型的射孔槍管用鋼27CrMo，在原有的Cr-Mo系低碳低合金鋼的基礎(chǔ)上添加了 V等微合金元素。通過嚴(yán)格控制冶煉、精煉等工藝參數(shù)，使各元素含量滿足設(shè)計要求。根據(jù)實

2、際情況設(shè)計軋制工藝，經(jīng)斜軋將坯料軋制成Φ134.3mm×9.51mm規(guī)格的管材。為了制定合理的熱處理工藝，用示差熱分析儀對其相變點進(jìn)行了測定，最終選擇880℃～960℃為淬火加熱溫度，保溫時間為40min和70min，水冷。選擇820℃～860℃為亞溫淬火加熱溫度，保溫40min后水冷。在520℃～620℃進(jìn)行高溫回火，保溫時間為80min，空冷。采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對不同工藝處理后的組織、相組成、斷口進(jìn)行了分析，并通過能譜儀對斷口

3、夾雜物進(jìn)行表征。通過測定硬度、拉伸和沖擊試驗測定鋼的各項力學(xué)性能，研究其力學(xué)性能的影響因素。將實驗鋼加熱到700℃～940℃之間的9個溫度，對其平衡組織進(jìn)行研究。
　　試驗結(jié)果表明：實驗鋼在軋態(tài)時組織為粒狀貝氏體，完全淬火后的組織則為板條馬氏體，晶粒度高于9級，隨著淬火溫度的升高和保溫時間的延長，組織發(fā)生明顯粗化,并且發(fā)現(xiàn)組織對加熱溫度更為敏感?；鼗鸷蠼M織為回火索氏體，沖擊后斷口形貌為韌窩狀，隨回火溫度的升高韌窩數(shù)量增多、加深，斷

4、口夾雜物為 CaO、Al2O3、SiO2的復(fù)合夾雜。亞溫淬火后組織為鐵素體、馬氏體和殘余奧氏體，晶粒度能達(dá)到10級，隨著亞溫淬火溫度的升高，鐵素體的量逐漸減少。回火后的組織為鐵素體+回火索氏體+殘余奧氏體。原始組織為淬火態(tài)的鋼與退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)的不同，亞溫淬火后鐵素體呈粗大的塊狀，并保留至回火組織。當(dāng)原始組織為調(diào)質(zhì)態(tài)時奧氏體的形成速度最快。實驗鋼加熱到不同溫度并冷卻后的平衡組織全部為珠光體和鐵素體的混合組織，隨著加熱溫度的升高，珠光體所占

5、的比例逐漸增大。
　　力學(xué)性能結(jié)果表明：隨著回火溫度的升高，在完全淬火和亞溫淬火中鋼的韌性都增強(qiáng)，強(qiáng)度普遍降低，在溫度為560℃時獲得最佳的綜合力學(xué)性能。將兩組最佳性能進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：亞溫淬火后在不降低強(qiáng)度的情況下明顯提高了材料的韌性，所以最終選擇調(diào)質(zhì)態(tài)為原始組織，經(jīng)840℃淬火保溫40min，水淬，再經(jīng)560℃回火保溫80min后空冷為最佳熱處理工藝。屈服強(qiáng)度達(dá)到913MPa，橫向沖擊功為91.3J，硬度48.5HRC，晶粒度級別