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1、不同温度正火对中碳低合金钢显微组织和力学性能的影响摘要：不同温度下正火可以改变材料的显微组织和力学性能。利用维氏硬度计，扫描电子显微镜（SEM），万能试验机等设备来分析不同正火温度对中碳低合金钢的组织及力学性能的影响是非常必要的。通过试验分许可知，随着正火温度的升高，显微组织晶粒略有长大，但珠光体组织显著的由条状转变为团块状。正火材料的显微组织均由珠光体和铁素体构成；随着正火温度的升高，材料抗拉强度呈单调增加趋势，尤其是正火温度由810上升到840，抗拉强度发生急剧变化。这归因于材料中的珠光体团有足够的时间由条状转换为团块状。随着正火温度的升高，尽管冲击韧性具有一定的波动，但总体呈增加趋势；当
2、正火温度为840，奥氏体化时间为30min,可获得性能良好的K55钢，组织由珠光体和铁素体构成，0时冲击吸收功大于104J，抗拉强度为718Mpa, 满足API SPEC 5CT标准对K55钢级别性能的要求。关键词：显微组织；正火处理；断口；拉伸性能；冲击韧性The effect of different normalizing temperature on microstructure and mechanics properties of medium carbon low-alloyAbstract: Different normalizing temperature leads to
3、many changes on the microstructure and mechanical properties of metallic material. It is necessary to analyze what are the effects of different normalizing temperature on microstructure and mechanics properties of medium carbon low-alloy by Vickers hardness tester, Scanning electron microscope(SEM)
4、and universal testing machine .It is Clearly known that as normalizing temperature increases, the size of the microstructure crystallite slightly grow up, at the same time，the shape of pearlite changes from strip-type to round state significantly . Normalizing material microstructure is constitute o
5、f pearlite and ferrite; The tensile strength of specimen is increasing from beginning to end, especially the tensile strength increases sharply while the normalizing temperature rise from 810 to 840 . It is attributed to the pearlite having enough time to grow up and change from strip-type to round
6、state. However，the overall trend of impact toughness is increasing with the normalizing temperature rising except a little fluctuations ; when normalizing temperature is 840 , and the time of austenization as long as 30min, it can obtain the steel K55 with the good mechanics properties，it is constit
7、ute of ferrite and pearlite , the value of impact energy is greater than 104J at 0 impact testing , its tensile strength is 718 Mpa which meets the property requirements for API SPEC 5CT of K55 steel . Key word：microstructure；normalizing treatment；fracture surface；tensile property ；impact toughness目
8、 录1 绪论11.1 套管钻井的概述11.1.1 套管钻井技术的简介11.1.2 套管钻井的优点11.1.3 国外套管钻井技术的发展及应用21.1.4 国内套管钻井技术发展及应用31.2 热处理工艺51.2.1 热处理基本概念51.2.2 回火的种类及应用51.2.3 回火的目的61.2.4 退火的类型及作用61.2.5 正火71.2.6 退火和正火的区别及选择81.3 本论文研究的意义82 试验设备和方法102.1 试验材料102.2 试验设备102.2.1 箱式电阻炉102.2.2 维氏硬度计102.2.3 金相显微镜112.2.4 扫描电镜112.2.5 万能试验机122.2.6 冲击试
9、验机132.3 试验方法132.3.1 热处理工艺132.3.2 维氏硬度试验142.3.3 金相试验162.3.4 材料成分分析172.3.5 拉伸试验182.3.6 冲击试验203 试验数据及结果分析223.1 显微组织分析223.2 拉伸性能分析243.3 冲击性能分析253.4 断口形貌分析273.4.1 拉伸断口形貌分析273.4.2 冲击断口形貌分析284 结论31参考文献32致谢34291 绪论1.1 套管钻井的概述1.1.1 套管钻井技术的简介早在20 世纪50 年代就有人设想用套管代替钻杆来完成钻井作业。但受当时的技术和装备条件的限制，很难实现这一设想。在20 世纪90 年代
10、，由于新技术、新材料以及电子技术的大发展，促进了石油开采技术不断发展，一大批钻井新工艺、新工具、新装备涌现出来，套管钻井技术再一次被人们提出来。加拿大Texco 公司1996 年进行了第一口套管钻井的试验井，该井为试验场地井，用95/8套管钻进了150 米。到2000 年底Texco 公司采用套管钻井技术一共完成了20 多口开发井，取得了良好的经济效益。套管钻井与常规钻杆钻井相比具有明显的优势，它是钻井工程的一次技术性革命，它能为油田经营者带来巨大的经济效益1。套管钻井技术是指在钻井过程中，直接利用套管代替钻杆串来完成钻井作业，即用套管代替钻杆和钻铤来对钻头施加扭矩和钻压，一边钻进一边下套管，
11、完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用。套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和井下工具的起下在套管内进行，不再需要常规的起下钻作业。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不提钻更换钻头、钻具。因此套管钻井能够节省起下钻时间，提高效率，并大量节省钻具的采购、运输、检验、维护、更换等过程中的人力、物力等费用，大幅度节约钻井成本。套管钻井方式分两种，一是采用套管旋转钻进，动力源来自于地面驱动装置，扭矩通过套管传递给钻头，这种方式对套管及其螺纹连接强度要求较高；二是采用井下动力钻具钻进，这种方式使套管的受力状况有所改善。1.1.2 套管钻井的优
12、点目前，套管钻井技术主要用于表层套管及技术套管的钻进，它是钻井工程的一次技术性革命，经济效益显著。相对于常规钻井，套管钻井技术有以下优点2-3: (1) 钻进时间。常规钻杆钻井更换钻头或改变井下钻具组合时(见图1-1)，需将钻杆提出井眼，花费大量的起下钻时间。套管钻井是采用钢丝绳起下钻，要比常规钻杆起下钻快510 倍，因此，因起下钻套管钻井要比常规钻杆钻井提高有效生产时间2530%。(2) 减少井下事故。因井眼内地层膨胀和井壁坍塌等原因，造成卡钻事故。由于套管钻井的井筒自始至终有套管伴随到底，大大减少了常见的地层膨胀、井壁坍塌、冲刷井壁、井筒键槽和台阶。因此，套管钻井可大幅度地降低钻井卡钻事故
13、率。(3) 改善井控状况。钻具起钻时产生抽汲作用，将诱发井喷，由于套管钻井时井筒内始终有套管，也不再有起下钻杆时对井筒的抽汲作用。因此，由起钻诱发井喷状况大为改善。(4) 保持起下钻时泥浆的连续循环。由于套管钻井在动力水龙头上安装了液压式缆绳防喷器和钢丝绳密封装置。可以保证起下钻时泥浆的连续循环，防止了钻屑沉积、井壁掉块、井涌等井下事故的发生。(5) 改善水力参数、环空上返速度和清洗井筒状况。由于套管的内径比钻杆大，沿程水力损失大为减小。从而减小了钻机泥浆泵的配备功率。环行空间的减小提高了泥浆上返速度，改善了携屑状况。(6) 可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用。由于水力参数的改善，钻
14、机泥浆功率有所下降，因此，钻机的运行成本有所下降；由于套管钻井可以取消二层平台和钻杆排放区域，因此，井架高度可以减小，底座的重量可以减轻。对于钩载巨大的深井钻机而言，套管钻井所用钻机比钻杆钻井所用钻机从结构上、重量上要简单得多。因此，钻机成本和钻机运行费用将大幅度减少。由于钻机更加轻便，易于搬迁和操作，人工劳动强度及费用都将减少。(7) 节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输检验、维护和更换等过程有关的大量人力、物力与费用。综合以上优点可以看出，套管钻井工艺是一种全新的钻井工艺，可以大量节省钻井器材，缩短钻井和完井时间，大大减少钻井费用，其经济效益将十分显著，将是未来钻井工程的一个重要的发展方向。图
15、1-1 套管钻井井下工具串1.1.3 国外套管钻井技术的发展及应用1.1.3.1 Tesco套管钻井系统Tesco套管钻井系统以常用的油田生产套管作为钻杆进行钻井和下套管作业。通过钻具组合上部的钻井锁对钻具和套管进行机械连接(轴向和扭矩)和液压密封。同时在套管柱处安装了1个嵌入和取出的机械装置。钻井锁下边的钻具组合最下部是导向钻头，有时也可能包括其他常规钻柱组件，如管下扩眼器、泥浆马达、取芯工具或导向系统等。在定向井钻进中，井下钻具组合还包括弯外壳井下马达和随钻测量仪，诸如随钻测井或取芯设备等其他工具也可以同时下井。Tesco公司自1995年起开始套管钻井技术研究，其出发点就是节省钻井时间，降低钻井成本。液压技术和液压设备是该公司的技术专长，为此，该公司专门设计和开发出了一种全液压套管钻井车载钻机。1998年6月中旬， Tesco公司在其研究开发中心院内钻了第一口套管钻进试验井，耗资400 104 美元，随后又在该井中钻了1个定向井眼和1个侧钻井眼。后来该公司又在大院内完成了另外1口试验井，用套管钻井技术钻成1个
