N08028合金油井管的固溶及冷作硬化工藝研究

  隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展,,在一次能源消費構(gòu)成中占主導地位的石油和天然氣需求不斷增長,。近年來,世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)短缺日益嚴峻,,開采重點正逐漸轉(zhuǎn)向海洋,、深海和腐蝕介質(zhì)含量高的油氣資源。我國西南地區(qū)普光和羅家寨,,美國得克薩斯MurrayFranklin,、密西西比BlackJosephine及法國Lacq氣田等都是典型的酸性油氣田,。一般而言,井深越深,,溫度越高,,壓力也越大。酸性油氣田除了含有H2S,、CO2之外,,某些還含有較高的Cl-。在這些因素的共同作用下,,油氣工程用材從勘探開采到集輸各環(huán)節(jié)都會遭受嚴重的應(yīng)力腐蝕,、氫脆、電化學失重等破壞,,輕則造成材料的穿孔和破裂,,重則引發(fā)泄漏、井噴等嚴重的安全事故,。為此,,以N08028合金為代表的耐蝕材料在酸性油氣開采中得到了廣泛應(yīng)用。

  由于N08028合金中的Cr和Mo元素含量高,,易形成金屬間化合物σ相,,嚴重影響材料的耐H2S應(yīng)力腐蝕能力。另外,,作為單一奧氏體合金,,固溶態(tài)N08028合金的強度指標無法滿足國際標準和用戶的使用要求(屈服強度要求760MPa以上),只有通過冷作硬化工藝形成高密度的晶體缺陷來起到強化作用,。冷作硬化后各力學指標的變化規(guī)律對材料冷加工工藝的制定具有指導作用,,因此需要通過冷變形試驗來開展規(guī)律性的研究。

  試驗材料采用AOD精煉模鑄,,電渣重熔后經(jīng)過均質(zhì)化處理,,軋制開坯至500mm×500mm方錠,軋制溫度控制在1100~1200℃,;然后徑鍛成Φ400mm管坯,,徑鍛溫度與軋制溫度一致;徑鍛后入水冷卻,;之后在1200~1220℃熱擠壓成Φ219mm×14mm管材,。

  沿徑向在原料外表面及中心取樣,,分析其組織形貌,。擠壓后觀察擠壓態(tài)管材的組織形貌;然后在敞開式火焰爐中固溶處理,,采用1050℃,、1100℃,、1150℃、1200℃溫度固溶,,保溫時間為20min,、30min、40min,,水冷,。分析析出相的含量及形態(tài),確定最佳的固溶熱處理制度,。

  按照最佳固溶熱處理制度處理后,,進行冷作硬化工藝研究,研究不同形變量與力學性能之間的關(guān)系,,確立應(yīng)力-應(yīng)變方程,,為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。冷作硬化也稱形變強化,,是金屬強化方式的一種,。冷作硬化的實質(zhì)是金屬經(jīng)過冷加工產(chǎn)生大量的位錯,位錯發(fā)生塞積和纏結(jié)等交互作用,,部分形成了不可動位錯,,通過“釘扎”的方式阻礙了塑性變形的持續(xù)發(fā)生,從而達到強化基體的目的,。N08028管材的冷作硬化方式主要以冷軋為主,。冷軋主要是通過徑向收縮、縱向延伸完成管材的變形,。試驗研究結(jié)果如下:

 ?。?)N08028合金油井管的化學成分決定著該材質(zhì)存在明顯的析出傾向,冶煉澆注及鍛造冷卻過程無法避免析出相析出,。
 ?。?)擠壓過程可溶解管坯中的大尺寸析出相,但會產(chǎn)生彌散的二次析出相,。研究了不同的固溶熱處理工藝對二次析出相的溶解規(guī)律:在溫度達到1200℃時,,保溫時間達到20min后,二次析出相可以完全溶解,。
 ?。?)固溶處理后的N08028合金油井管需通過冷作硬化使其力學性能達到標準要求。在冷作硬化過程中N08028合金油井管的屈服強度及抗拉強度與斷面收縮率基本呈線性關(guān)系,,并建立了應(yīng)力-應(yīng)變方程,。