V150套管熱處理工藝研發

郭長修，王　震（.上海睿耐機械自動化有限公司，上海寶山0908；.前洲無縫鋼管有限公司，江蘇　無錫　48）

?

V150套管熱處理工藝研發

郭長修1，王震2
（1.上海睿耐機械自動化有限公司，上海寶山201908；2.前洲無縫鋼管有限公司，江蘇無錫214181）

一般情況下，為了改善鋼材的使用性能和工藝性能，向碳素鋼中加入一些合金元素，這些合金元素在提高鋼材工藝性能同時，也增加了熱處理工藝的復雜性。本文在充分考慮合金元素對熱處理溫度影響條件下，對V150套管進行了系統性熱處理試驗，找到了最佳熱處理工藝。

工藝性能；合金元素；熱處理溫度

本次V150套管規格為φ139.7×12.7mm （牌號為 16Cr-MoVNb），主要化學成分見表1，要求達到的力學性能值見表2。

表1　16CrMoVNb化學成分

表2　力學性能要求

1　熱軋態組織及性能

鋼管的熱軋態組織為粒狀B，其屈服強度750～780MPa，抗拉強度900～930MPa，伸長率為20%，硬度值為HRC31，0℃沖擊韌性值T-5-8J，所以幾乎沒有沖擊韌性，沖擊斷口基本無縮頸，其金相組織見圖1。

圖1　500倍下軋態組織

2　不同溫度下淬火組織及性能

為了得到最佳的綜合力學性能（即兼顧強度、韌性等），同時保證較細的晶粒度，進行了不同溫度下的淬火實驗，通過對比其淬火硬度和金相組織，期望獲得理想的淬火溫度，硬度隨溫度變化圖見圖2，性能隨溫度變化見表3。

圖2　淬火硬度隨淬火溫度變化

表3　不同溫度淬火時的組織和性能

綜合對比各項指標，將淬火溫度定為870℃，為了保證在完全淬透的情況下，盡可能縮短保溫時間以減少晶粒長大，在870℃溫度淬火，對比13min、19min、25min三個保溫時間下主要實驗數據（見表4）。

表4　不同保溫時間的組織和性能

從表4可以看出，隨著淬火保溫時間的延長，馬氏體含量有所增加，同樣伴隨著晶粒的長大，綜合對比，19min的保溫時間獲得的綜合性能較理想，最終確定淬火溫度870℃，保溫時間19min。

3　不同回火溫度下組織及性能

隨后在500～750℃之間進行階梯性回火溫度試驗，得出在500～600℃之間回火時，材料的強度、硬度隨著回火溫度的升高有逐漸降低的趨勢，但幅度不大，在600～700℃回火時，材料的強度、硬度隨著回火溫度的升高明顯降低，且降低幅度較大，而超過750℃回火時，強度、硬度出現增大現象；而沖擊韌性隨回火溫度提高有增大趨勢。其工藝參數和力學性能數據見表5，變化趨勢見圖3～4。

表5　不同溫度回火時的力學性能變化

圖3　強度隨溫度變化曲線

圖4　硬度和沖擊韌性隨溫度變化曲線

綜合對比不同溫度下的組織和性能，為了得到理想力學性能，將回火溫度確定為570℃。

根據小爐實驗數據，進行了兩次大爐實驗，以驗證小爐實驗數據的準確性和有效性。根據爐溫溫差修正，最終分別以910℃淬火，610℃回火，120s節拍和910℃淬火，610℃回火，160s節拍進行了試生產。

其中淬火爐出爐溫度860～870℃，水淬前鋼管外表面溫度840℃，期間對淬火后鋼管的淬透性能進行了檢測，數據見表6，通過對比小爐實驗數據，得出淬火溫度合適的結論。

經過610℃回火，不同保溫時間的鋼管力學性能均滿足目標值，對比發現保溫時間稍長的沖擊韌性更佳，具體力學性能數據見表7。

表7　小批量試生產力學性能

對比發現：

（1）熱軋是否經過再加熱爐常化對鋼管力學性能影響不大；

（2）不同節拍（即保溫時間）對鋼管強度影響不大，延長保溫時間對沖擊韌性的提升有一定作用。

根據實際試生產數據和小爐試驗，最終把熱處理工藝定在910℃淬火，610℃回火，120s節拍進行大批量生產，批量生產性能如表8。

表8　批量生產力學性能

把表8和表2數據進行對比，可以看出，在目前熱處理工藝下性能能夠完全符合標準要求。

4　結論

（1）熱軋后是否在線常化對后續熱處理影響不大；

（2）保溫時間（即節拍）在一定范圍內對性能影響不大；

（3）要保證熱處理爐溫穩定性及均勻性；

（4）淬火過程中要保證鋼管淬透性。

參考資料

［1］李陽華.超深井用高強高韌V150油套管的研發與開發［D］.2013.

［2］李陽華，李紅英，等.回火工藝對超深井用V150油套管強韌性的影響.中南大學學報，2013.

［3］姜新越，胡 峰，等.回火溫度對V150鉆桿鋼的強韌性匹配的影響.鋼管，2012，10.

王 震（1982-），男，研究生，主要負責公司產品質量控制、產品研發等工作。

TG142.1+5

A

2095-2066（2016）14-0241-02

2016-5-1

郭長修（1982-），男，中級工程師，本科，主要負責公司產品設計、研發等工作，任設計室主任。