·74· 北京科技大学学报 第34卷 续的热处理工序不能改变热轧管中存在的织构的性 1210MPa的同时，横向冲击韧性高达120J 质，热轧产生的(111)织构成功的遗传到成品套管 中去 90 90 60 60 0 30 30 -20 25 -30 20u 35 90 60 90 图3热处理后奥氏体品粒度 Fig.3 Austenite grain size after heat treatment 图2宝钢超高抗挤套管的织构 Fig.2 Texture components of Baosteel super-high collapse casings 通过合金设计、轧制控制以及热处理技术，使 对于低合金钢而言，在晶粒的所有取向中， 得BG160TT套管中析出大量的纳米颗粒.图4给 (111)织构取向的晶粒原子排列最为紧密，因此也 出了该产品中析出相形貌的明场照片.这些纳米 级的析出相具有不同的大小和形貌特征.基本可 具有最稳定的屈服强度和杨氏弹性模量.这种 (111)织构沿着径向是难于变形的，抵抗外压的能 以分为三种类型0：大颗粒，直径小于200nm;中 力最强.可以说沿套管的切向方向形成了由均一的 等大小颗粒，直径在50~100nm之间；细小的颗 (111)织构构成的骨架结构，这种结构能够有效地 粒，直径在30nm以下.大颗粒和中等颗粒分别为 提高套管的抗挤性能. (Cr,Fe)3C。和Mo2C,主要沿原马氏体板条界面 断续分布；细小的颗粒则为(V,Nb,T)(C,N), 3强韧化技术 为NaCl型的面心立方结构.另外，还发现了沿着 当钢管的几何尺寸一定时，提高强度和韧性可 基体110]a一Fe的方向析出针状VC.这些纳米 以有效提高压溃强度.但是，对于超过140kpsi钢级 颗粒不仅可以有效地提高材料的强韧性，还可以 的材料而言同时获得高强度和高韧性是非常困难 通过钉扎位错的运动，阻碍滑移系的开动，从而延 的.因此，在BG(140-160)TT高强度抗挤套管的开 缓压溃失稳的过程的发生. 发过程中，采用宝钢自主知识产权的纯净钢技术，通 过精炼过程中加入特殊脱氧剂以及特殊配方的合成 渣对夹杂物进行变性处理等，使钢水纯净化从而最 大程度地发挥材料的潜能，有效地提高材料的强 韧性. 另一方面，细小的奥氏体晶粒能够提供更多 的形核位置，有利于在高温回火过程中析出精细 的铁素体和碳化物.为了提高强韧性，获得超细晶 粒是高强度抗挤套管产品材料设计的首选目标. 300nm 因此，在该类产品的生产过程中，第一步通过合金 设计和轧制控制，获得具有细小晶粒的热轧管，第 图4析出相的透射电镜的明场像 二步采用响应曲面法(RSM)的Box-Behnken设计 Fig.4 TEM bright field image of precipitate phases 优化奥氏体化参数来获得细晶圆.例如供中原油 田b127mm×9.19mmBG160TT套管的生产实践 4 管柱设计技术 表明，在宝钢制管后，采用优化的热处理参数， BG160TT抗挤套管获得的奥氏体晶粒度可达到 除了API标准系列之外，针对油田的需求研发 5.0μm,如图3所示.这样，通过合金化以及合 出非API标准规格的超高抗挤套管.如针对中原油 适的热处理工艺，使得材料的屈服强度均值达到 田的要求，合作开发出BG150TT中141.3mm×北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 续的热处理工序不能改变热轧管中存在的织构的性 质，热轧产生的( 111) 织构成功的遗传到成品套管 中去． 图 2 宝钢超高抗挤套管的织构 Fig． 2 Texture components of Baosteel super-high collapse casings 对于低 合 金 钢 而 言，在晶粒的所有取向中， ( 111) 织构取向的晶粒原子排列最为紧密，因此也 具有最稳定的屈服强度和杨氏弹性模量． 这 种 ( 111) 织构沿着径向是难于变形的，抵抗外压的能 力最强． 可以说沿套管的切向方向形成了由均一的 ( 111) 织构构成的骨架结构，这种结构能够有效地 提高套管的抗挤性能． 3 强韧化技术 当钢管的几何尺寸一定时，提高强度和韧性可 以有效提高压溃强度． 但是，对于超过 140 kpsi 钢级 的材料而言同时获得高强度和高韧性是非常困难 的． 因此，在 BG( 140--160) TT 高强度抗挤套管的开 发过程中，采用宝钢自主知识产权的纯净钢技术，通 过精炼过程中加入特殊脱氧剂以及特殊配方的合成 渣对夹杂物进行变性处理等，使钢水纯净化从而最 大程度地发挥材料的潜能，有效地提高材料的强 韧性． 另一方面，细小的奥氏体晶粒能够提供更多 的形核位置，有利于在高温回火过程中析出精细 的铁素体和碳化物． 为了提高强韧性，获得超细晶 粒是高强度抗挤套管产品材料设计的首选目标． 因此，在该类产品的生产过程中，第一步通过合金 设计和轧制控制，获得具有细小晶粒的热轧管，第 二步采用响应曲面法( RSM) 的 Box--Behnken 设计 优化奥氏体化参数来获得细晶［13］． 例如供中原油 田127 mm × 9. 19 mm BG160TT 套管的生产实践 表明，在 宝 钢 制 管 后，采用优化的热处理参数， BG160TT 抗挤套管获得的奥氏体晶粒度可达到 5. 0 μm［14］，如图 3 所示． 这样，通过合金化以及合 适的热处理工艺，使得材料的屈服强度均值达到 1 210 MPa的同时，横向冲击韧性高达 120 J． 图 3 热处理后奥氏体晶粒度 Fig． 3 Austenite grain size after heat treatment 通过合金设计、轧制控制以及热处理技术，使 得 BG160TT 套管中析出大量的纳米颗粒． 图 4 给 出了该产品中析出相形貌的明场照片． 这些纳米 级的析出相具有不同的大小和形貌特征． 基本可 以分为三种类型［10］: 大颗粒，直径小于 200 nm; 中 等大小颗粒，直径在 50 ～ 100 nm 之间; 细小的颗 粒，直径在30 nm以下． 大颗粒和中等颗粒分别为 ( Cr，Fe) 23C6和 Mo2 C，主要沿原马氏体板条界面 断续分布; 细小的颗粒则为( V，Nb，Ti) ( C，N) ， 为 NaCl 型的面心立方结构． 另外，还发现了沿着 基体［110］α--Fe 的方向析出针状 VC． 这些纳米 颗粒不仅可以有效地提高材料的强韧性，还可以 通过钉扎位错的运动，阻碍滑移系的开动，从而延 缓压溃失稳的过程的发生． 图 4 析出相的透射电镜的明场像 Fig． 4 TEM bright field image of precipitate phases 4 管柱设计技术 除了 API 标准系列之外，针对油田的需求研发 出非 API 标准规格的超高抗挤套管． 如针对中原油 田 的 要 求，合 作 开 发 出 BG150TT 141. 3 mm × ·74·