郭兆成 石晓霞 马爱清
摘要:文章通过对不同淬火温度、回火温度以及回火保温时间下的30MnCr22钢调质生产的P110钢级石油套管力学性能的实验室研究,得出热处理对P110钢级石油套管力学性能的影响趋势,筛选出最佳的热处理制度应用于当前工业化生产中。 关键词:P110;热处理;力学性能
对淬火工艺而言,为实现淬火首先必须将钢加热到临界点(Ac3或Ac1)以上获得马氏体组织,其后的冷却速度必须大于临界淬火速度(Vc),以得到全部马氏体组织。为此,必须注意选择适当的淬火温度和冷却速度。淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则,以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火温度主要根据钢的临界点确定,亚共析钢通常加热至Ac3以上30~50℃;对于低合金钢,淬火温度亦应根据临界点Ac1或Ac3确定,考虑合金元素的作用,为了加速奥氏体化,淬火温度可偏高些,一般为Ac1或Ac3以上50~100℃。回火是将淬火钢在A1以下温度加热,使其转变为稳定的回火组织,并以适当方式冷
却到室温的工艺过程。回火的主要目的是减少或消除淬火应力,保证相应的组织转变,提高钢的韧性和塑性,获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合,以满足各种用途工件的性能要求。 1CCT曲线
实验室对30MnCr22生产的P110钢级石油套管进行了取样CCT曲线实验,实验结果见图1所示。
图1 30MnCr22钢的CCT曲线图
2 热处理制度对P110钢级石油套管性能的影响
从图1 CCT曲线实验结果可以看出,30MnCr22钢的Ac1=720℃,Ac3=804℃。为了加速奥氏体化,淬火温度可偏高些,一般为Ac1或Ac3以上50~100℃。实验室采用的P110钢级石油套管规格为177.80mm×9.19mm,试样为热轧状态。轧态化学成分如表1所示。
表1 30MnCr22钢化学成分(质量分数) %
C | Si | Mn | P | S | Cr | Alusb 声卡 |
≤0.35 | ≤0.35 | ≤1.50 | ≤0.030 | ≤0.020 | ≤1.10 | ≤0.030 |
| | | | | | |
初步设定P110钢级石油套管淬火温度为850~920℃,保温时间30 min,回火温度为500~650℃,回火保温时间为30~80 min。
2.1 回火保温时间对P110钢级石油套管性能的影响
淬火温度为890℃保温30 min,回火温度为570℃时屈服强度、抗拉强度、延伸率及冲击功随回火保温时间的变化如图2所示。
图2 回火保温时间对强硬度、塑韧性影响
从图2可以看出,随着回火保温时间的延长,抗拉强度、屈服强度和硬度值均振荡走低;延伸率和冲击功却在振荡走高。
2.2回火温度对P110钢级石油套管力学性能的影响
当淬火温度为880℃保温30 min,回火温度为500~650℃,保温时间为50 min时,回火温度对力学性能的影响见图3所示。
图3 回火温度对性能的影响
从图3可以看出,880℃淬火保温30 min,随着回火温度的升高,抗拉强度和电力电子电容器屈服强度振荡走低,延伸率和冲击功振荡走高。
2.3 淬火温度对P110钢级石油套管力学性能的影响
850~920℃淬火,保温30 min,580℃回火保温50 min时力学性能随淬火温度的变化趋势如图4所示。
图4 淬火温度对性能影响
从图4可以看出,抗拉强度和屈服强度随淬火温度升高振荡走低,延伸率和冲击功随淬火温度升高振荡走高。
3 分析与讨论
(1)低合金钢力学性能随回火温度升高的变化趋势是强度下降,塑性韧性上升[1]。随着
回火温度升高,屈服强度、抗拉强度呈降低趋势,延伸率和冲击韧性呈上升趋势。因为淬火得到马氏体组织,回火时随回火温度升高到500℃以上时再升高温度得到的回火索氏体组织中的碳化物发生聚集长大,造成强度、硬度下降,塑性、韧性提高。
(2)同样温度回火时,随着淬火温度的升高,材料的屈服强度、抗拉强度呈上升趋势,延伸率和冲击韧性呈下降趋势。30MnCr22属于亚共析钢,淬火加热温度要高于Ac3,使钢的组织全部奥氏体化,淬火温度越高,奥氏体晶粒越粗大,碳化物充分溶入奥氏体且成分均匀化,淬火后马氏体中的含碳量增加,强度、硬度增加。但由于随着淬火加热温度的增加,原子扩散的激活能Q减小,晶粒长大速度增加,奥氏体晶粒开始粗化,淬火后形成的马氏体板条也越粗大[2]。钢的塑性、韧性降低。
(3)通过以上实验结果,筛选出最佳热处理制度为880 ℃淬火保温30 min,580℃回火保温 50 min。
4 现场工业生产
现场试验热无缝钢管规格为177.8mm×9.19mm,热处理制度为880 ℃淬火保温30 min,580℃回火保温 50 min,力学性能见表2所示。
表2 现场试验力学性能检测结果
编号 | Rt0.6 /MPa | Rm/MPa | A/% | 骨刺灵Akv/J |
1 | 831 | 911 | 26 | 84 83 76 |
2 | 838 | 935 | 21 | 74 74 80 |
点胶机密封圈 标准要求 | 758~965 | ≥862 | ≥15 | ≥32 |
| | | | |
注:冲击试样为3/4尺寸纵向试样,实验环境为0℃。
从现场热处理的试验力学性能检测结果可以看出屈服强度、抗拉强度、延伸率及0℃下V型冲击韧性完全符合API SPEC 5CT标准[3]的要求。
5 结论防伪打印机
(1)回火保温时间延长,抗拉强度、屈服强度和硬度值均振荡走低,延伸率和冲击功却在振荡走高;回火温度升高,屈服强度、抗拉强度降低,延伸率与冲击功升高;淬火温度升高,屈服强度与抗拉强度升高,延伸率与冲击功降低。
(2)筛选的最佳热处理制度为880℃淬火保温30 min,580℃回火保温50 min,并将其应用于工业化生产中, P110钢级石油套管屈服强度,抗拉强度、冲击韧性、延伸率完全符合API标准要求。
涂布纸参考文献
[1] 中国冶金百科全书, 中国冶金百科全书总编辑委员会. 金属材料[M].北京:冶金工业出版社,2001
[2] 李亚欣, 刘雅政, 赵金锋等. P110级25MnV钢石油套管热处理工艺的优化[J]. 特殊钢,2009,6:38.
[3] API spec 5CT 套管和油管规范[S].