10Cr3Mo钢与N80钢的高温力学性能

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目前,热回收套管用钢仍主要是N80钢,而350°C的中温耐热钢仍处于研究阶段。 10Cr3Mo钢基于N80钢,采用与N80钢相同的热处理工艺,添加了Cr和Mo等合金元素,并添加了专门为高温热采环境设计的少量Nb,V,Ti合金元素。

这项工作使用N80钢和10Cr3Mo钢进行高温机械性能研究。在350°C的高温拉伸和蠕变测试中研究了这两种钢的高温力学性能。

N80钢是普通的套管钢种。 10Cr3Mo钢中Cr,Mo和Ni的含量增加。从形成的壳体中移出测试材料,并将圆棒沿管壁的轴线拉伸和蠕变。更改样本。

将两种套管钢沿管壁的轴向取下,抛光,然后用4%的硝酸溶液蚀刻,并在光学显微镜下进行金相分析。然后回蚀金相样品,并在扫描电子显微镜下观察其微观结构。

蠕变测试根据GB/T 《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》,获取直径为5 mm的圆棒样品。根据热采井的工作条件,选择350℃作为蠕变试验温度。选择应力松弛过程中的四个应力水平作为实验拉伸载荷,N80钢分别为350、400、450和500 MPa,10Cr3Mo钢分别为475、500、525和550 MPa。高温拉伸试验根据GB/T228. 《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》,取圆棒拉伸试样,拉伸试样直径为φ5mm。根据热回收井的工作条件,拉伸试验的温度为270℃,拉伸速率为0.5mm/min。

结果表明:

(1)10Cr3Mo钢的显微组织大于N80钢的显微组织,并伴有2至3μm的碳化物。 SEM的断口和样品组织的观察表明,碳化物的大小和沉淀相决定了样品内部孔的大小,较大的孔大小降低了样品的伸长率,导致脆性增加。

(2)在室温和高温下的拉伸试验表明,在增加Cr,Mo和Ni的含量后,10Cr3Mo钢的拉伸强度仍保持原始钢种,屈服比略有增加,而伸长率降低略。

(3)350°C蠕变试验表明,当温度低于0.3Tm时,仍然存在明显的蠕变现象,并且10Cr3Mo钢的抗蠕变性比N80钢更好。当应力幅值为550 MPa时,10Cr3Mo钢的蠕变速率没有明显改善,而N80钢的蠕变速率却明显增加。将10Cr3Mo钢用作80级热采井套管将有效减少蠕变引起的热采破坏。

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