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【6h】

V140级高强度高韧性油井管开发及耐腐蚀性能研究

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摘要

1.1课题研究背景

1.2油井管的国内外发展现状

1.2.1国外油井管发展现状

1.2.2我国油井管发展状况

1.3高强度高韧性油井管组织和性能要求

1.3.1高强度高韧性油井管的强度和韧性要求

1.3.2高强度高韧性油井管的耐腐蚀性能

1.4油井管的腐蚀类型及特点

1.4.1油井管的氢致开裂及特点

1.4.2油井管的CO2腐蚀及特点

1.5本文的研究目的及内容

第2章V140油井管用钢的奥氏体连续冷却相变研究

2.1实验钢的成分设计

2.2奥氏体连续冷却转变行为研究

2.2.1实验目的

2.2.2实验材料及设备

2.2.3实验原理和方法

2.2.4实验钢相变点、显微组织分析及静态CCT曲线绘制

2.3本章小结

第3章V140油井管用钢的实验室轧制及热处理工艺研究

3.1实验室轧制及热处理实验

3.1.1轧制实验材料及设备

3.1.2轧制工艺参数及方案

3.1.3轧后热处理工艺参数及方案

3.2热轧实验结果及分析

3.2.1拉伸、冲击实验方法

3.2.2热轧实验钢的拉伸、冲击实验结果及分析

3.3热处理实验结果及分析

3.3.1回火温度对拉伸、冲击实验结果影响

3.3.2回火时间对拉伸、冲击实验结果的影响

3.3.3冲击实验断口形貌及分析

3.3.4显微组织及硬度分析

3.4本章小结

第4章V140油井管二氧化碳腐蚀性能研究

4.1实验设备及材料

4.2实验方案

4.3实验结果及分析

4.3.1平均年腐蚀速率

4.3.2腐蚀产物分析

4.3.3实验钢CO2腐蚀机理分析

4.4本章小结

第5章V140油井管的氢致开裂性能研究

5.1硫化氢腐蚀机理研究

5.1.1氢致开裂的机理

5.1.2氢致开裂的影响因素

5.2实验设备、材料及实验方案

5.2.1 HIC实验设备及材料

5.2.2 HIC实验方案

5.2.3 HIC实验评定方法及标准

5.3 HIC实验结果及分析

5.3.1试样宏观形貌

5.3.2氢致开裂裂纹分析

5.4本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

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摘要

随着能源的枯竭和油价的持续上涨,使得油气田的开采环境变得更加恶劣,开采条件更加苛刻。石油工业对油井管需求量与日俱增,技术要求越来越高。对用于深井、超深井的超高强度油井管的需求也越来越旺盛,超高强度油井管材料要求很高的韧性,同时油井管处于恶劣的腐蚀环境中,要求油井管具有一定的耐腐蚀性能。目前,高强度高韧性耐腐蚀油井管生产技术和市场几乎被国外垄断,我国此类油井管的产品仍需进口,自主生产能力不足。因此开发适宜的钢种和工艺,生产具有高强度高韧性具有一定耐腐蚀性能的油井管显得十分重要。本文针对V140油井管进行成分设计,开展工艺和组织性能研究,以及耐腐蚀性能和腐蚀机理的研究。本文主要研究工作和结果如下: (1)采用低C、Mn元素,低P、S含量,Cr-Mo系合金,同时加入微合金元素Nb、V进行了成分设计。利用全自动相变仪和金相观察测定未变形条件下实验钢的奥氏体连续冷却转变曲线,给出了冷却速率对实验钢组织的影响规律。研究表明:油井管用钢在静态连续冷却条件下,当冷却速度低于5℃/s时,显微组织以板条贝氏体为主及少量铁素体;冷却速度为5~10℃/s时能够获得以贝氏体和马氏体相混合组织;冷却速度大于10℃/s时,得到板条状马氏体组织。 (2)实验室轧制及热处理试验研究表明:在线调质实验钢的热轧和热处理工艺参数应控制为加热温度1200℃,两阶段轧制,终轧温度950℃~980℃,轧后直接淬火,回火温度为700℃,保温60min;离线调质实验钢的终轧温度在850~880℃,轧后空冷,淬火温度870℃,保温40min,回火温度680℃,保温50min。两种工艺处理的实验钢力学性能均达到V140油井管性能要求,且两种工艺得到的均为回火索氏体组织。 (3)通过高温高压CO2腐蚀实验,测得实验钢在高温高压反应釜内的平均年腐蚀速率,对腐蚀产物进行形貌观察和物相组成分析。结果表明:V140级油井管在温度为75℃,总压为1.2Mpa的环境中平均年腐蚀速率为0.834mm/a,抗CO2腐蚀性能良好。实验钢出现局部腐蚀现象,有明显点蚀坑,但点蚀孔洞较小,耐点蚀性能一般。腐蚀的短周期产物中出现Fe3C、FeOOH、Fe2O3,其中Fe3C是实验钢表面产生点蚀现象的重要原因,最终腐蚀产物都为FeCO3,细小致密的FeCO3提高了金属抗CO2腐蚀的能力。 (4)研究了HIC形成机理和影响因素,探讨了各元素对油井管耐酸性腐蚀性能影响,按照NACE Standard TM0284-2003标准的要求,对V140油井管进行抗HIC实验。抗HIC实验结果:试样在饱和H2S溶液(A溶液)中浸泡腐蚀96小时后,实验钢均出现不同程度的氢鼓泡,显微组织中出现裂纹,其中在线调质700℃回火试样和离线调质680℃回火试样的裂纹敏感率、裂纹长度率、裂纹厚度率均低于NACE TM0284抗氢致开裂性能标准,具有较好的抗氢致开裂能力。

著录项

  • 作者

    卢勇;

  • 作者单位

    东北大学;

  • 授予单位 东北大学;
  • 学科 材料加工工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 高秀华;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    高强度; 高韧性; 油井管; 耐腐蚀;

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