تأثير درجة حرارة التخفيف على البنية المجهرية وخصائص فولاذ غلاف الزيت المستخدمة للآبار العميقة

Authors: Wang Jiaojiao, Zhao Linlin, Gao Yunzhe, Shi Shuai, Wu Xiaolong, Zhao Yanqing, Zhou Yuqing, Gong Junjie
(Hebei Dahe Materials Technology Co., Ltd., Shijiazhuang, خبي 050023)

خلاصة: The influence of tempering temperature after quenching at 920°C on the microstructure and mechanical properties of a deep well oil casing steel was studied by means of optical microscopy (سواء), scanning electron microscopy (أيّ), and tensile testing machines. The results show that the tested steel tempered at 500-600°C obtains tempered sorbite, exhibiting high strength, plasticity, والمتانة, with a product of strength and elongation ranging from 20.5 ل 22.1 GPa·% and impact absorbed energy ranging from 94.6 ل 100.3 ج. When the tempering temperature is 550°C, the tested steel for deep well oil casing exhibits the best comprehensive mechanical properties, with tensile strength of 978 MPa, yield strength of 935 MPa, product of strength and elongation of 22.1 GPA · ٪, and impact absorbed energy of 100.3 ج.

الكلمات الرئيسية: Oil casing steel; Tempering temperature; Microstructure; الخصائص الميكانيكية

1. مقدمة

With the increasing global competition for strategic energy resources, oil and gas resources have attracted considerable attention. Their reserve capacity and extraction levels are of great significance to the modernization of society 1-2]. Due to continuous exploitation of oil and gas energy resources for over a century, the reserves of easily exploitable oil and gas energy resources on the Earth’s surface have been unable to meet human demand, مما يؤدي إلى زيادة نسبة استغلال موارد طاقة النفط والغاز العميقة والعمق العميق -4]. وفقا للإحصاءات, في السنوات الأخيرة, استمر عمق آبار النفط والغاز على مستوى العالم في النمو بسرعة, مع عمق الآبار العميقة التي تتجاوز 5000 م, تضاعف ما يقرب من قبل من قبل. بيئة خدمة أغلفة النفط والغاز معقدة وقاسية, ومع الزيادة المستمرة في عمق آبار النفط والغاز, لضمان السلامة, الأغلفة المستخدمة مطلوبة للحصول على قوة عالية, اللدونة العالية, والأداء ذو ​​التأثير العالي 5-6].

2. المواد والأساليب التجريبية

تم صهر الفولاذ المختبر المستخدم في هذه الورقة في أ 50 فرن كيلوغرام فراغ ويلقي في قاطرة فولاذية مع التركيب الكيميائي التالي (الكسر الجماعي, %): 0.22ج, 0.20و, 1.35من, 0.28كر, 0.17شهر, 0.18V, توازن Fe. The smelted steel billet was heated to 1250°C and held for 120 min in a heat-preserving furnace, then rolled into a 15 mm thick hot-rolled slab with an initial rolling temperature above 1150°C and a final rolling temperature above 850°C. It was then cooled to room temperature by sand burial. Metallographic, تأثير, and tensile specimen blanks were cut from the hot-rolled slab, heated to 920°C and held for 40 min in an electric resistance heating furnace, then water-quenched to room temperature. Subsequently, they were heated to 500°C, 550درجة مئوية, and 600°C and held for 60 دقيقة, followed by air cooling to room temperature.

3. Experimental Results and Discussion

3.1 Effect of Tempering Temperature on Microstructure

The OM and SEM images of the tested steel after water quenching and tempering at different temperatures are shown in Figure 1. It can be seen that the water-quenched microstructure is typical lath martensite, with clearly visible prior austenite grain boundaries (PAGB) and lath boundaries, and a uniform structure. After tempering at different temperatures, tempered sorbite is obtained. After tempering at 500°C, the tested steel still retains the lath structure of the quenched martensite, with clear PAGB accompanied by film-like carbide precipitation, and short rod-like carbides mostly distributed at the lath boundaries and on the laths. After tempering at 550°C, the PAGB of the tested steel begins to blur, accompanied by the precipitation of short rod-like carbides, and the carbide precipitation begins to spheroidize. After tempering at 600°C, the PAGB of the tested steel further blurs, and no obvious lath boundaries can be observed. تصبح الكربيد أكثر كروية وأدق. مع زيادة درجة حرارة تقع, يزداد درجة الاسترداد وإعادة التبلور من الصلب الذي تم اختباره باستمرار, حدود PAGB و Lath تدريجيا, هطول كربيد الشبه العروفي تدريجيا, ويتناقص حجم الكربيد تدريجيا. تجدر الإشارة إلى أن الحجم المجهرية للصلب الذي تم اختباره لا يتغير بشكل كبير مع زيادة درجة حرارة التهدئة, الذي يعزى إلى إضافة عنصر MO في الصلب الذي تم اختباره. أظهرت الدراسات السابقة أن عنصر MO له آثار تقوية الحلول الصلبة, زيادة المتانة, وتعزيز الاستقرار المتقلب -8]. يحتوي الفولاذ المختبر أيضًا على عنصر V, الذي له تأثير تعزيز هطول الأمطار ]. في الدراسات السابقة, it has been found that the fine and dispersed carbide precipitation is alloy cementite (M3C), secondary hardened carbide (V,X)ج, and undissolved carbide (V,X)C during austenitization, where M = Fe, كر, من; X = Mo, كر 10-12]. Moreover, the coherent dispersion precipitation of the second phase formed by trace elements such as Mo and V pins dislocations, improving the mechanical properties of the tested steel. The secondary precipitation hardening peak temperatures of Mo and V elements are in the ranges of 570-580°C and 600-625°C, على التوالى 13].

3.2 Effect of Tempering Temperature on Mechanical Properties

The mechanical properties of the tested steel at different tempering temperatures are shown in Figure 2. As can be seen from Figure 2(أ), both the tensile strength and yield strength gradually decrease with the increase in tempering temperature. This is because during tempering, the quenched high-carbon martensite structure undergoes recovery, and the dislocations undergo slip reorganization and mutual cancellation, i.e., the dislocation density decreases, both of which soften the microstructure 4-15]. Notably, the tensile strength ranges from 961 ل 1023 MPa, and the yield strength ranges from 928 ل 992 MPa, indicating a small range of strength changes. During tempering, fine and dispersed carbides continuously precipitate, producing a strengthening effect. The strengthening and softening effects offset each other, resulting in a small fluctuation range of strength, which corresponds to the tempered microstructure. مع زيادة درجة حرارة تقع, the product of strength and elongation and impact absorbed energy of the tested steel both exhibit a trend of first increasing and then decreasing, as shown in Figure 2(ب, ج). The product of strength and elongation ranges from 20.5 ل 22.1 GPA · ٪, and the impact absorbed energy ranges from 94.6 ل 100.3 ج. That is, the tested steel exhibits high strength, plasticity, and toughness within the tempering temperature range. When the tempering temperature is 550°C, the tested steel has the best comprehensive mechanical properties, with tensile strength of 978 MPa, yield strength of 935 MPa, product of strength and elongation of 22.1 GPA · ٪, and impact absorbed energy of 100.3 ج, demonstrating high strength and high toughness.

3.3 Effect of Tempering Temperature on Fracture Behavior

The morphologies of the propagation zone of the tensile fractures of the tested steel at different tempering temperatures are shown in Figure 3. It can be seen that they all exhibit ductile fracture morphologies characterized by fine dimples, accompanied by tearing edges (indicated by arrows) and tiny secondary cracks, which correspond to the high product of strength and elongation of the tested steel, indicating high plasticity. The morphologies of the propagation zone of the impact fractures of the tested steel at different tempering temperatures are shown in Figure 4. It can be seen that they all exhibit dimple morphologies, with shallow and small dimples accompanied by tearing edges (see Figure 4(ج), arrow), which correspond to the high impact absorbed energy, indicating high toughness of the tested steel.

4. Conclusions

1. The self-developed steel for deep well oil casing obtains tempered sorbite within the tempering temperature range of 500-600°C, with the degree of recovery of the lath martensite structure continuously increasing, and the carbides continuously spheroidizing and dispersing.
2. Within the tempering temperature range of 500-600°C, the tested steel exhibits high strength, plasticity, والمتانة, with the product of strength and elongation ranging from 20.5 ل 22.1 GPa·% and the impact absorbed energy ranging from 94.6 ل 100.3 ج.
3. When the tempering temperature is 550°C, the tested steel has the best comprehensive mechanical properties: tensile strength of 978 MPa, yield strength of 935 MPa, product of strength and elongation of 22.1 GPA · ٪, and impact absorbed energy of 100.3 ج.

مراجع

1. 1. Knittel C R. Reducing petroleum consumption from transportation [ج]. Journal of Economic Perspectives, 2012, 26(1): 93-118.
   2. Lu Xiaoqing, Li Qin, Li Chunxiang. Development of TP110H special casing for high-strength heavy oil thermal recovery wells J]. أنابيب الصلب, 2007, 36(5): 14-17.
   3. Li Zhoubo, Bi Zongyue, Zhang Feng, et al. Research and development of Q125 steel grade SEW oil casing [ج]. الأنابيب والأنابيب الملحومة, 2013, 36(8): 32-35.
   4. Zhang Yilong. Study on the microstructure and properties of corrosion-resistant steel for oil casing [د]. Chongqing: Chongqing University of Science and Technology, 2018.
   5. Peng Xianming. Research on the microstructure and mechanical properties of 100V-Cr-Mo oil casing material [د]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2012.
   6. Gu Zhengguan. Study on the influence law of controlled cooling process on the microstructure and properties of V140 oil casing D]. Shenyang: الجامعة الشمالية الشرقية, 2019.
   7. شين يوتاو, زو بينغبينغ, وو شياوشون. تأثير MO على الاستقرار الحراري لـ 4CR5MO2V العمل الساخن الصلب [ج]. المعالجة الحرارية للمعادن, 2022, 47(12): 168-174.
   8. تشو جيان, شفاه البيان, فانغ فنغ, et al. تأثير محتوى MO على البنية المجهرية ومقاومة التآكل من الصلب 9CR18MO [ج]. المعالجة الحرارية للمعادن, 2023, 48(12): 244-249.
   9. ليو بن. دراسة على البنية المجهرية وخصائص التزوير الخاضع للرقابة والتبريد الخاضع للرقابة bainitic غير مرن ومخفف د.]. بكين: جامعة بكين جياوتونج, 2022.
   10. لي مينغ. دراسة على البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية من الصلب المنغنيز المتوسطة الفاناديوم د]. بكين: جامعة بكين جياوتونج, 2019.
   11. تلبية ث, Zhang y j, Zhao X L., et al. خصائص التعب ذات الدورة العالية جدًا من الفولاذ المنخفضة من جميع الأدوات التي تحتوي على كربيد غني بالفاناديوم [ج]. علم المواد والهندسة أ, 2016, 651: 311-320.
   12. وو دونغشنغ, دنغ وي, ون هوي, et al. تأثير محتوى الفاناديوم على نمو حبوب أوستنيت من الصلب CR-MO-V لأقراص الفرامل من 350 قطارات عالية السرعة/ساعة]. المعالجة الحرارية للمعادن, 2023, 48(9): 136-142.
   13. كيهيرا ح, انها s, Mizoguchi s, et al. إنشاء مفهوم تصميم السبائك لضرب الفولاذ مع بورون [ج]. Zairyo-to-Kankyo, 2000, 49(1): 30-40.
   14. تشو تشنغ, تشاو تان, أيها كيبين, et al. آثار درجة حرارة التهدئة على البنية المجهرية ومتانة منخفضة درجة الحرارة 1000 MPA Grade Nicrmov Low-Carbon Alloy Steel J]. Acta Metallurgica Sinica, 2022, 58(12): 1557-1569.
   15. يانغ يينغ, شو هونغليانغ, وانغ يوبو, et al. تأثير عمليات المعالجة الحرارية المختلفة على البنية المجهرية وخصائص فولاذ جسر السمك الكبير [ج]. المعالجة الحرارية للمعادن, 2023, 48(10): 23-28.

المشاركات ذات الصلة

متعددة الوظائف MS ERW أنبوب دائري أسود

المتفجرات من مخلفات الحرب الأنابيب السوداء. المقاومة الكهربائية ملحومة (فدان) يتم تصنيع الأنابيب من لفائف المدرفلة على الساخن / الشقوق. يتم التحقق من جميع الملفات الواردة بناءً على شهادة الاختبار الواردة من مصنع الصلب فيما يتعلق بخصائصها الكيميائية والميكانيكية. يتم تشكيل أنبوب ERW على البارد إلى شكل أسطواني, ليست ساخنة.

المتفجرات من مخلفات الحرب أنابيب الصلب المستديرة السوداء

يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة عن طريق بثق المعدن إلى الطول المطلوب; لذلك تحتوي أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب على وصلة ملحومة في مقطعها العرضي, في حين أن الأنابيب غير الملحومة لا تحتوي على أي وصلة في مقطعها العرضي طوال طولها. في الأنابيب غير الملحومة, لا يوجد بها أي لحام أو وصلات ويتم تصنيعها من قضبان مستديرة صلبة.

أبعاد وأوزان الأنابيب غير الملحومة حسب المعايير

ال 3 عناصر أبعاد الأنبوب معايير أبعاد الأنابيب الكربونية والفولاذ المقاوم للصدأ (أسم B36.10M & B36.19M) جدول حجم الأنابيب (جدول 40 & 80 يعني أنابيب الصلب) وسائل حجم الأنابيب الاسمية (مصادر القدرة النووية) والقطر الاسمي (الاسم المميز) مخطط أبعاد أنابيب الصلب (مخطط الحجم) جدول فئات وزن الأنابيب (WGT)

الأنابيب الفولاذية وعمليات التصنيع

يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية ثقب, حيث يتم تسخين قطعة من المعدن الصلب وثقبها لتكوين أنبوب مجوف. الأنابيب الملحومة, على الجانب الآخر, يتم تشكيلها من خلال ربط حافتين من الصفائح أو الملفات الفولاذية باستخدام تقنيات اللحام المختلفة.

قائمة UL لأنابيب الصلب

تتميز الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني بمقاومة عالية للصدمات والاهتزازات مما يجعلها مثالية لنقل المياه, زيت & الغاز والسوائل الأخرى تحت الطرق. حجم الأبعاد: 1/8"إلى 48" / سمك DN6 إلى DN1200: ش 20, الأمراض المنقولة جنسيا, 40, XS, 80, 120, 160, نوع XXS: سطح الأنابيب الملحومة أو غير الملحومة: التمهيدي, زيت مضاد للصدأ, إف بي إي, 2بي, 3مادة LPE المغلفة: أستم A106B, A53, API 5L ب, X42, X46, X52, X56, X60, X65, خدمة اكس 70: قطع, الميلا, خيوط, الحز, طلاء, الجلفنة

شماعات الربيع والدعم

النوع أ- تستخدم حيث تتوفر مساحة واسعة للرأس. الارتفاع المحدد أمر مرغوب فيه. النوع ب- تستخدم عندما يكون الإرتفاع محدودًا. مرفق الرأس عبارة عن عروة واحدة. النوع ج- تستخدم عندما يكون الإرتفاع محدودًا. مرفق الرأس هو العروات جنبًا إلى جنب