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42CrNiMoV钢的高温热压缩流变行为

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42CrNiMoV钢作为高强度低合金钢被广泛用于各种工业领域,尤其是在海上石油和天然气领域。由于其较高的机械性能,低温冲击性能和耐硫化氢腐蚀的性能,因此很常用。在生产井口,防喷器,连接器,导管头和阀箱以及其他耐压组件中。

目前,世界上近海石油开采已逐渐从近海向深海转移,但国内深水钻井和设备的设计与制造与国际水平存在很大差异。

中国第一重型机械有限公司的研究人员使用Gleeble-3500热模拟测试仪对42CrNiMoV钢进行了高温热压缩试验。在此基础上,建立了不同变形条件下的真应力-真应变本构。用于精确预测流动应力与变形温度和变形率之间关系的方程式。另一方面,结合真实的应力-应变曲线,对热压试样的再结晶进行了分析,为开发用于海上采油的井口锻造材料提供了理论依据。

根据用于船用井口锻件的高强度钢合金化硫化物井应力开裂(SSC)的设计标准以及JMatPro模拟计算的结果,应尽可能提高材料的韧性要求(低温冲击)在确保适当的硬度和强度的基础上尽可能地提高。并具有抗硫化氢应力腐蚀的能力,结合国际石油设备制造商改良合金成分的最新研究成果,设计了42CrNiMoV合金钢的成分。根据设计的化学成分,采用真空电磁感应熔炼技术进行熔炼。

将钢锭取样并加工成Φ10mm×15 mm标准试样,并使用Gleeble-3500热模拟器进行热压缩测试。热压缩变形温度为850、950、1000、1050、1100、1150和1200℃,保持3分钟,然后冷却至相应的变形温度以进行热压缩测试。在测试过程中,将平板和石墨片粘合在样品的两端以进行润滑。使用标准焊接热电偶的中间位置来测量样品的温度,并在测试过程中监控负载,应力,应变,温度和位移。测试结果表明:

1)使用热模拟器进行热压缩试验,样品热压缩后未发现破裂。当应变率为0.01 s-1和0.1 s-1时,应力-应变曲线主要由动态再结晶引起,并且大量细晶粒在晶界成核,从而发生再结晶。当应变率为1 s-1时,应力应变曲线主要为动态恢复型。通过位错的迁移和亚晶粒的组合,原始晶粒是多边形的,并且晶粒主要是等轴的。当应变率为10 s-1时,应力-应变曲线主要使用加工硬化型,并且随着样品的压缩,晶粒发生变形。

2)通过修改本构方程,计算出42CrNiMoV钢的应变激活能为Q = .01J/mol。得到了流动应力本构方程。将本构方程计算出的流动应力与实测值进行比较,结果吻合良好。平均误差为4.02%。

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