热处理工艺对油田压裂泵阀箱用钢40CrNiMoA显微组织及力学性能的影响

摘要

40CrNiMoA钢是国内油田压裂泵阀箱的常用材料,淬透性能好,具有优良的综合力学性能。但随着石油开采深度的不断提高,阀箱工作环境更加恶劣,对阀箱材料的力学性能也提出了更高的要求。由于压裂泵阀箱工作时主要受到冲击载荷作用,容易产生疲劳断裂,特别是在高压、酸化环境中,所以提高40CrNiMoA钢的冲击韧性是改善产品使用性能的主要方式。但韧性的提高要以降低强度和硬度的降低为代价,所以在提高韧性的同时,还要保证强度和硬度满足规定要求。课题将对不同热处理工艺下40CrNiMoA钢的强度指标进行校核计算,在满足强度要求的前提下重点研究材料的冲击韧性。又因阀箱工作环境中有酸化腐蚀介质,所以在产品精加工后加入渗氮工艺,可提高钢材表面硬度及耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性等。因此,本文将对40CrNiMoA钢热处理工艺进行优化,研究工艺参数对材料性能的影响,观察并分析其微观组织结构,测试其力学性能,结果表明:
　　(1)正火试验中,通过调整40CrNiMoA钢的正火温度,改善微观组织结构,晶粒度由6~5级提高到8级,从而达到了提高力学性能的作用。同时还分析了微观组织结构对力学性能的影响机理,并进行了相关的实验验证。
　　(2)对淬火后的40CrNiMoA钢采用480℃、530℃、570℃和620℃四种不同温度回火。回火后的显微组织均由铁素体+渗碳体+少量马氏体构成,480℃为屈氏体组织,620℃为索氏体组织。
　　(3)采用拉伸试验和冲击试验方法对不同回火温度试样的力学性能进行检测,得出随回火温度升高,强度下降,塑性提高的结论,并分析讨论了高温回火脆性。另外还计算出屈服强度下降到690MPa时的最大工作压力为105MPa。
　　(4)根据冲击断口形貌可以分析出试样钢的断裂韧性情况。本文通过对冲击试样断口的宏观形貌和微观形貌(SEM)观察和分析,可知480℃和620℃回火的试样断口均可见大量韧窝,为韧性断裂。
　　(5)在40CrNiMoA钢的气体渗氮研究中,经分析可知试样的抗腐蚀性和耐磨性能均有所提高,但提高幅度较小。

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1 绪论

1.1引言

1.2油田压裂泵阀箱材料的研究现状

1.3 40CrNiMoA的化学成分和基本性能

1.4 40CrNiMoA钢的热处理研究现状

1.5 热处理理论基础

1.6 合金元素的影响

1.7 本研究的背景、思路及内容

2 试验材料、设备与方法

2.1 实验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

2.4 试验方案流程

3 正火工艺对40CrNiMoA力学性能影响

3.1 正火工艺试验

3.2 金相试验及分析

3.3 拉伸和硬度试验

3.4 淬透性试验

3.5 本章小结

4 调质工艺对40CrNiMoA力学性能的影响

4.1 调质工艺试验

4.2 金相试验及分析

4.3 力学性能试验

4.4 力学性能结果及分析

4.5 本章小结

5 渗氮工艺

5.1 气体氮化试验

5.2耐蚀性分析

5.3耐磨性分析

5.4 本章小结

结论

致谢

参 考 文 献

攻读学位期间的研究成果