冷卻速度對25MnV／P110鋼級石油套管相變規(guī)律的影響_圖文

1、22試驗s研究冷卻速度對25MnV/P110鋼級石油套管相變規(guī)律的影響李亞欣t,劉雅政1,趙金鋒1,鄒喜洋2,唐應波:(1.北京科技大學材料科學與工程學院,北京l00083;2.衡陽華菱鋼管(集團有限公司技術中心,湖南衡陽421001摘要:P110鋼級石油套管經過調質熱處理實現(xiàn)其良好的綜合力學性能,而相變規(guī)律是制定熱處理工藝的依據,對相變組織的精細控制是產品質量的根本保證。采用熱膨脹法通過Gleeble一1500熱模擬實驗機測定了25MnV鋼在l50,s冷卻速度下的連續(xù)冷卻轉變(CcT曲線,并分析了不同冷卻速度對相變規(guī)律和組織演變的影響。關鍵詞:P1lO鋼級石油套管;25MnV鋼;冷卻速度;相

2、變規(guī)律;組織演變;ccT曲線中圖分類號:TE93l+.2;TGll3文獻標識碼:B文章編號:100l一2311(200901-0022-04l nfluence by COOI.ng VeIOcity On PhasechangeLaw Of25MnV/P110O.I CasjngLi Yaxinl,Liu Yazhen91,Zhao Jinfen91,Zou Xiyan92,Tang Yingb02(1.School of Material8Science and Engineering,UniVersity of Science and Technology Beijing,Beijing

3、100083,China;2.Technical Center of Hengyang Valin Steel Pipe(GroupCo.,Ltd.,Hengyang42lOO,ChinaAbstract:Sati8fhctory comprehensiVe mechanical propertie8of the P1lO oil casing depends on proper quenching and tempering treatment conducted according to appropriate heat treatment procedure as8et up on th

4、ebasis of the phase change law.Therefbre precise contJ?ol of the phase8t11lcture will essentiallyensure the product quality.With employment of the heat expansion method and the Gleeble1500thermal simulator a8well,the curvesof continuous cooling transformation(CCTof the25MnV steel is measured with a

5、cooling velocity of150,and the influence by the cooling velocity on phase change law and microstructure evolution was analyzed.Key words:P110oil casing;25MnV steel;Cooling velocity;Pha8echange law;Microstructure evolution;CCT cunre8O引言隨著石油工業(yè)的發(fā)展。對油井管的需求量與日俱增,而油井管的服役條件越來越惡劣。導致了對油井管特別是石油套管的性能提出了更高的要求蚓。

6、對高附加值產品的需求,為企業(yè)和商家?guī)砹似鯔C和挑戰(zhàn)引。Pl10鋼級石油套管就是通過調質熱處理來實現(xiàn)良好的綜合力學性能的,而相變規(guī)律是制定熱處理工藝的依據.對相變組織的精細控制是產品質量的根本保證。為開發(fā)低成本Pll0鋼級石油套李亞欣(1980一,女,博士研究生,主要從事高性能石油套管的產品開發(fā)及質量控制工作。STEEL PIPE Feb.2009,V01.38,No.1管,提高熱處理成材率。本研究對碳錳系25MnV 鋼熱軋后的連續(xù)冷卻轉變(CCT曲線進行了測定,分析了不同冷卻速度對相變規(guī)律和組織演變的影響,為熱處理淬火冷卻方式和淬火冷卻過程的組織控制提供了依據。1試驗材料與試驗方法1.1試驗材

7、料試驗材料采用25MnV鋼,取自衡陽華菱鋼管(集團有限公司的熱軋管樣,主要化學成分見表1。1.2試驗方法將25MnV鋼圓連鑄坯進行穿孔、軋制,在合鋼管2009年2月第38卷第l期鼢與研究V23格的熱軋管樣上取樣,然后經線切割加工成尺寸為6mm×15mm的試樣。在Gleeble一1500熱模擬試驗機上利用熱膨脹法,結合金相組織測定不同冷卻速度冷卻到室溫的CCT曲線。熱模擬工藝示意如圖l所示。表125MnV鋼化學成分(質量分數(shù)%C SiMnVPSO.25,0.300.20加.401.5肚1.80O.060.15O.0200.0102試驗結果及討論2.1連續(xù)冷卻轉變曲線25MnV鋼在不同冷

8、卻速度下的相變溫度范圍圖l測定CCT曲線的熱模擬工藝列于表2,根據不同組織的轉折點所對應的溫度值。得出25MnV鋼的ccT曲線。25MnV鋼的ccT曲線如圖2所示。表225Mnv鋼不同冷卻速度下的相變溫度10100時問/s圖225MnV鋼的CCT曲線25MnV鋼的冷卻速度在130/s范圍內均發(fā)生了鐵素體轉變,其轉變溫度范圍為765610。冷卻速度在15/s范圍內,隨著冷卻速度加快,鐵素體開始轉變的溫度變化不大:冷卻速度在530,s范圍內,隨著冷卻速度升高。鐵素體開始轉變溫度逐漸降低,從765降到658。冷卻速度<15,s時。有部分的珠光體轉變,相變溫度范圍為635572。冷卻速度在l3/

9、s范圍內發(fā)生鐵素體和珠光體轉變。冷卻速度為540/s時,發(fā)生貝氏體轉變,其轉變溫度范圍為618395。隨著冷卻速度加快,貝氏體開始轉變溫度逐漸略微升高,其結束轉變溫度也隨著冷卻速度加快而逐漸升高。冷卻速度在510/s范圍內鐵素體轉變區(qū)和貝氏體轉變區(qū)之間存在較寬的亞穩(wěn)奧氏體區(qū).此冷卻速度段主要以鐵素體轉變?yōu)橹?轉變后殘留的亞穩(wěn)奧氏體轉變?yōu)樨愂象w;冷卻速度在1030/s范圍內則不存在亞穩(wěn)奧氏體區(qū),相變組織為鐵素體和貝氏體。冷卻速度30/s時.馬氏體開始出現(xiàn)。李亞欣等:冷卻速度對25MnV,Pll0鋼級石油套管相變規(guī)律的影響鋼管2009年2月第38卷第1期螄咖咖鯽跏枷姍枷m。p越贈24茸驗與研究冷卻

10、速度為50/s時.奧氏體幾乎全部轉變成馬氏體,其轉變溫度為388。2.2不同冷卻速度下的金相組織將試樣橫剖。預磨拋光后用4%硝酸酒精溶液侵蝕,觀察不同冷卻速度下的顯微組織。利用Image Tools軟件統(tǒng)計不同冷卻速度下組織中的鐵素體晶粒尺寸和不同組織所占的體積百分比。并利用Leica VMHT30M硬度儀測定試樣在不同冷卻速度下的顯微硬度。25MnV鋼在不同冷卻速度下的顯微組織見圖3。(8一(i冷卻速度分別為l,3,5,10,15,20,30。40,50,s圖325Mnv鋼在不同冷卻速度下的顯微組織25MnV鋼在不同冷卻速度下,奧氏體的轉變產物有:多邊形鐵素體、珠光體、貝氏體、魏氏組織鐵素體

11、和板條狀馬氏體。隨著冷卻速度的增加,鐵素體的轉變量不斷減少;冷卻速度在l3/s范圍內相變組織中發(fā)生鐵素體和珠光體轉變:冷卻速度5,s時相變組織中開始發(fā)生貝氏體轉變;冷STEEL PIPE Feb.2009,V01.38,No.1卻速度為15/s時,鐵素體的形態(tài)發(fā)生變化。由多邊形轉變成呈針狀的魏氏組織鐵素體:冷卻速度50/s時奧氏體全部轉變?yōu)榘鍡l狀馬氏體。冷卻速度在13/s范嗣內,相變組織主要是多邊形鐵素體和珠光體。冷卻速度為1/s時,鐵 素體體積分數(shù)為56%,平均晶粒尺寸為7斗m,晶 跚與鼢25粒尺寸較均勻,珠光體體積分數(shù)為44%;冷卻速度為3,s時,鐵素體體積分數(shù)為51%,平均晶粒尺寸為6斗

12、m,晶粒尺寸較均勻,珠光體體積分數(shù)為49%。冷卻速度在510%范圍內,相變組織為鐵素體、珠光體和貝氏體的i相混合組織。隨著冷卻速度加快。鐵素體組織明顯細化,并且有魏氏組織鐵素體出現(xiàn),珠光體的量減少,貝氏體的量增加。冷卻速度為5,s時,組織中出現(xiàn)少量的貝氏體,鐵索體體積分數(shù)為48%左右,平均晶粒尺寸為5 pm,珠光體體積分數(shù)為35%,貝氏體體積分數(shù)為17%;冷卻速度為10,s時,鐵素體體積分數(shù)為30%左右,平均晶粒尺寸為3.5斗m,珠光體體積分數(shù)為32%。貝氏體體積分數(shù)為38%。冷卻速度在1520/s范圍內,相變組織主要為貝氏體和魏氏組織鐵素體。冷卻速度為15/s 時。相變組織中魏氏組織鐵素體較

13、多。多邊形鐵素體晶粒較少且細小,鐵素體晶粒尺寸在23斗m左右,另外在金相組織中可以看到極少量珠光體存在。冷卻速度為20,s時,組織中貝氏體的量增加.魏氏組織鐵素體的量減少,沒有珠光體轉變。冷卻速度為30/s時。相變組織主要為貝氏體和馬氏體,鐵素體的量很少。冷卻速度30,s 時。隨著冷卻速度的加快,馬氏體的轉變量逐漸增加。冷卻速度為40/s時,相變組織為少量的貝氏體和馬氏體。冷卻速度為50,s時,組織中幾乎全部為板條狀馬氏體。圖4所示為不同冷卻速度對25MnV鋼顯微硬度的影響。從整體上看,隨著冷卻速度增加,顯微硬度逐漸增加。冷卻速度在15/s范圍內.隨著冷卻速度增加顯微硬度明顯升高;冷卻速度在5

14、 30/s范圍內,隨著冷卻速度增加顯微硬度增幅減小;當冷卻速度為10/s時,相變組織中貝氏體大量增加使得顯微硬度明顯增高:此后隨著冷卻速度增加,各冷卻速度下貝氏體顯微組織形貌基本一致。貝氏體和鐵素體晶粒尺寸逐漸減小,其顯微硬度又略微升高。冷卻速度在3050/s范圍內,隨著冷卻速度增加顯微硬度增幅明顯。板條狀馬氏體組織的大量出現(xiàn)使組織的顯微硬度增加。P110鋼級石油套管的熱軋管熱處理淬火組織為馬氏體組織,對25MnV鋼其冷卻速度需50/音且溫度要降到388以下。馬氏體轉變溫度的確定為P110鋼級石油套管熱處理淬火冷卻工藝提供了參考依據。目前,企業(yè)一般采用直接淬火到室溫的冷卻方式,為了減小內應力,

15、可以適當提高出水溫度或者采用“水一空一水”冷卻的方式。冷卻速度/(s.1圖4冷卻速度對25Mnv鋼顯微硬度的影響3結論(125MnV鋼的CCT曲線主要有7656lO的鐵素體轉變區(qū),635572的珠光體轉變區(qū)和618395的貝氏體轉變區(qū).馬氏體轉變溫度在388左右。(2分別在不同的相對應溫度范圍內,冷卻速度在13/s范圍內相變組織為多邊形鐵素體和珠光體;冷卻速度在510,s范圍內相變組織為鐵素體、珠光體和貝氏體的三相混合組織;冷卻速度在1030/s范圍內不存在亞穩(wěn)奧氏體區(qū).相變組織為呈針狀的魏氏組織鐵素體和貝氏體:冷卻速度30/s時,馬氏體開始出現(xiàn);隨著冷卻速度的加快,馬氏體的轉變量逐漸增加;當冷卻速度5