嚴苛酸性H₂S環(huán)境油氣田深井的開發(fā),迫切需要高性能抗硫化物應力開裂（SSC）油井管材。但隨著強度的提高,油井管抗SSC性能嚴重下降,尤其是C110及以上級油井管,二者之間的矛盾更加突出。近年來,已嘗試采用Nb微合金化及熱處理工藝調(diào)控來解決該關鍵技術難題,但由于相關組織影響因素復雜,該調(diào)控規(guī)律及機理卻少有涉及。為此,本文基于Thermo-Calc?熱力學計算,設計制備了不同Nb含量的中碳Cr-Mo馬氏體鋼;借助于不同參數(shù)的淬火+回火處理試驗、力學性能測試、雙懸臂梁（DCB）試驗、氫滲透試驗、光學顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）、透射電鏡（TEM）和X射線衍射儀（XRD）等方法,研究掌握了微量Nb及熱處理對試驗鋼回火馬氏體微結(jié)構(gòu)、屈服強度、氫滲透行為、SSC行為及抗SSC性能的影響規(guī)律,分析揭示了其中的調(diào)控作用及機理,取得了如下主要結(jié)果。在1600⁴00 ^oC溫度范圍內(nèi),中碳Cr-Mo鋼主要沉淀相按其析出溫度由高到低的排序依次為:富Ti的（Ti,Nb,V）（C,N）、富Nb的（Ti,Nb,V）（... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景和研究的目的及意義
    1.2 石油氣田開發(fā)對抗SSC油井管的需求
        1.2.1 石油氣田的開發(fā)現(xiàn)狀和前景及其對SSC油井管的需求
        1.2.2 油井管的結(jié)構(gòu)、失效形式與性能要求
    1.3 H_2S應力腐蝕
        1.3.1 H_2S應力腐蝕的基本特征
        1.3.2 H_2S應力腐蝕研究和試驗方法
    1.4 H_2S應力腐蝕開裂機制
        1.4.1 無塑性變形的氫致開裂機理
        1.4.2 氫促進局部塑性變形理論
    1.5 H_2S應力腐蝕開裂影響因素
        1.5.1 合金元素對組織及SSC性能影響
        1.5.2 熱處理工藝對組織及SSC性能影響
    1.6 本論文研究的目的、意義和主體內(nèi)容
        1.6.1 研究目的與意義
        1.6.2 主要研究內(nèi)容
第2章 中碳Cr-Mo鋼冶金基礎研究-平衡相的熱力學計算
    2.1 引言
    2.2 實驗材料與方法
    2.3 Nb對Cr-Mo鋼熱力學平衡相的影響
    2.4 V對Cr-Mo鋼熱力學平衡相的影響
    2.5 Ti對Cr-Mo鋼熱力學平衡相的影響
    2.6 本章小結(jié)
第3章 Nb對中碳Cr-Mo鋼組織和力學性能的影響
    3.1 引言
    3.2 試驗材料與方法
        3.2.1 試驗材料及熱處理工藝
        3.2.2 力學性能及抗SSC性能測試
    3.3 試樣鋼的拉伸性能
    3.4 組織觀察
        3.4.1 原奧晶粒觀察
        3.4.2 馬氏體亞結(jié)構(gòu)觀察
    3.5 析出相觀察
        3.5.1 軋態(tài)樣品析出相觀察
        3.5.2 淬火態(tài)樣品析出相觀察
        3.5.3 回火態(tài)樣品析出相觀察
    3.6 位錯觀察
    3.7 Nb對軋態(tài)及淬火態(tài)析出行為影響分析
    3.8 Nb對于回火態(tài)析出行為的影響
    3.9 Nb對馬氏體亞結(jié)構(gòu)的細化作用
    3.10 Nb提高馬氏體鋼屈服強度機理分析
        3.10.1 細晶強化
        3.10.2 析出強化
        3.10.3 位錯強化
    3.11 本章小結(jié)
第4章 Nb對中碳Cr-Mo鋼抗SSC性能影響
    4.1 引言
    4.2 試驗材料與方法
        4.2.1 試驗材料及熱處理工藝
        4.2.2 力學性能及抗SSC性能測試
        4.2.3 氫滲透試驗
    4.3 Nb試驗鋼的力學性能和抗SSC性能影響
    4.4 不同Nb含量試驗鋼DCB試樣斷口形貌觀察
    4.5 Nb對試驗鋼組織形貌影響
    4.6 Nb對試驗鋼位錯密度的影響
    4.7 Nb對試驗鋼析出相的影響
    4.8 Nb對氫滲透行為的影響
    4.9 Nb影響氫滲透行為機理分析
        4.9.1 固溶原子對可逆氫陷阱的影響
        4.9.2 晶界對可逆氫陷阱的影響
        4.9.3 位錯對可逆氫陷阱的影響
        4.9.4 Nb對可擴散氫濃度C_0影響分析
    4.10 NB對SSC裂紋萌生影響機理分析
    4.11 Nb對SSC裂紋擴展影響機理分析
    4.12 晶界與K_(ISSC)定量關系探討
    4.13 Nb對抗SSC性能影響機理分析
    4.14 小結(jié)
第5章 淬火溫度對中碳Cr-Mo鋼抗SSC性能影響
    5.1 引言
    5.2 實驗材料與方法
        5.2.1 試驗材料及熱處理工藝
        5.2.2 力學性能及抗SSC性能測試
        5.2.3 氫滲透試驗
    5.3 試驗鋼的力學性能和抗SSC性能
    5.4 不同淬火溫度試驗鋼DCB樣品斷口形貌觀察
    5.5 淬火溫度對試驗鋼組織形貌影響
    5.6 淬火溫度對試驗鋼位錯密度的影響
    5.7 淬火溫度對試驗鋼析出相的影響
    5.8 不同淬火溫度對氫滲透行為的影響
    5.9 晶界和氫滲透行為關系探討
        5.9.1 固溶原子對可擴散氫濃度C_0的影響
        5.9.2 晶界對可逆氫陷阱的影響
        5.9.3 位錯對可逆氫陷阱的影響
        5.9.4 淬火溫度對可擴散氫濃度C_0影響分析
    5.10 淬火溫度對SSC裂紋萌生影響機理分析
    5.11 Nb對SSC裂紋擴展影響機理分析
    5.12 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間承擔的科研任務與主要成果
致謝



本文編號：3227125