DOL:10.13374.issn1001-053x.2012.09.007 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 电阻焊接用高强Q125级石油套管钢组织及其性能 王立东唐荻武会宾四马茂源 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:wuhh@usth.cdu.cn 摘要设计了一种低合金含量的Q125级高强度石油套管用钢，研究了热处理工艺对实验钢组织和力学性能的影响.与 870℃淬火+500℃回火工艺相比，实验钢在850℃淬火+500℃回火工艺下具有更好的强韧性配合.与870℃淬火相比，850 ℃淬火处理的奥氏体晶粒尺寸较小，使决定钢力学性能的晶区、板条束尺寸细化，因此其性能更优异.淬火温度对实验钢的析 出行为影响不大.尺寸较大的TN以及TC和TN复合析出物对奥氏体晶界起到钉扎作用，可以抑制奥氏体晶粒的长大：含 有Mo的尺寸较小的TC可以起到钉扎位错的作用，阻止位错移动，对强度的提高贡献很大. 关键词油井套管：高强钢：奥氏体：晶粒细化：析出：力学性能 分类号TG142.1 Microstructure and mechanical properties of Q125 grade high-strength oil well casing steel used for electric resistance welding WANG Li-dong,TANG Di,WU Hui-bin,MA Mao-yuan National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:wuhb@ustb.edu.cn ABSTRACT A type of Q125 grade high-strength low-alloy oil well casing steel was designed and the effects of heat treatment proces- ses on its microstructure and properties were investigated.Compared with the process of quenching at 870C and tempering at 500C, the steel quenched at 850 C and tempered at 500C has preferable combination of strength and toughness.In comparison with quench- ing at 870C,the steel quenched at 850C has better mechanical properties because of smaller original austenite grains,which lead to a smaller size of packets and blocks.Quenching temperature has little influence on the precipitation behavior.TiN with a larger size or TiC and TiN associated precipitations can restrain original austenite grain coarsening through pitting austenite grain boundaries:Tic with a smaller size,which is rich Mo,can be an effective barrier to dislocation motion,and therefore has great contributions to improve the strength of the steel. KEY WORDS oil well casings:high strength steel:austenite;grain refinement:precipitation:mechanical properties 套管是开采石油天然气必须使用的工程用具. 成为研究热点.Q125级是API5L标准中强度级别 随着西部大开发的深入，采油条件越来越恶劣，深 最高的，该标准对Q125钢性能要求为：屈服强度 井、超深井的开发量加大，这就对石油套管的性能提 862~1034MPa,抗拉强度≥931MPa,延伸率≥ 出了更高的要求口.近年来，各大钢铁企业都相继 14%,横向冲击功(0℃)≥20J,纵向冲击功(0℃)≥ 开发高性能石油套管，但大多集中于无缝钢管的生 41J.为了获得最好的强韧性组合，在API标准中高 产.高频电阻焊(ERW)套管与无缝套管相比，具 级别石油套管用钢主要通过调质处理来生产.目 有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易 前，关于Q125级别石油套管的相关文献研究极 于控制以及成本低等优势.为了适应市场发展对高 少回，高频电阻焊用Q125级石油套管钢的研究还 频电阻焊套管的需求并发挥产品优势，开发高技术 未见报道. 含量、高附加值的高级别高频电阻焊石油套管已经 为此，本文设计了一种具有低合金含量的钢，运 收稿日期：2011-08-一16 基金项目：国家科技重大专项(2011ZX05016004)第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 电阻焊接用高强 Q125 级石油套管钢组织及其性能 王立东 唐 荻 武会宾 马茂源 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 通信作者，E-mail: wuhb@ ustb． edu． cn 摘 要 设计了一种低合金含量的 Q125 级高强度石油套管用钢，研究了热处理工艺对实验钢组织和力学性能的影响． 与 870 ℃淬火 + 500 ℃回火工艺相比，实验钢在 850 ℃淬火 + 500 ℃ 回火工艺下具有更好的强韧性配合． 与 870 ℃ 淬火相比，850 ℃淬火处理的奥氏体晶粒尺寸较小，使决定钢力学性能的晶区、板条束尺寸细化，因此其性能更优异． 淬火温度对实验钢的析 出行为影响不大． 尺寸较大的 TiN 以及 TiC 和 TiN 复合析出物对奥氏体晶界起到钉扎作用，可以抑制奥氏体晶粒的长大; 含 有 Mo 的尺寸较小的 TiC 可以起到钉扎位错的作用，阻止位错移动，对强度的提高贡献很大． 关键词 油井套管; 高强钢; 奥氏体; 晶粒细化; 析出; 力学性能 分类号 TG142. 1 Microstructure and mechanical properties of Q125 grade high-strength oil well casing steel used for electric resistance welding WANG Li-dong，TANG Di，WU Hui-bin ，MA Mao-yuan National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: wuhb@ ustb． edu． cn ABSTRACT A type of Q125 grade high-strength low-alloy oil well casing steel was designed and the effects of heat treatment proces￾ses on its microstructure and properties were investigated． Compared with the process of quenching at 870 ℃ and tempering at 500 ℃， the steel quenched at 850 ℃ and tempered at 500 ℃ has preferable combination of strength and toughness． In comparison with quench￾ing at 870 ℃，the steel quenched at 850 ℃ has better mechanical properties because of smaller original austenite grains，which lead to a smaller size of packets and blocks． Quenching temperature has little influence on the precipitation behavior． TiN with a larger size or TiC and TiN associated precipitations can restrain original austenite grain coarsening through pitting austenite grain boundaries; TiC with a smaller size，which is rich Mo，can be an effective barrier to dislocation motion，and therefore has great contributions to improve the strength of the steel． KEY WORDS oil well casings; high strength steel; austenite; grain refinement; precipitation; mechanical properties 收稿日期: 2011--08--16 基金项目: 国家科技重大专项( 2011ZX05016--004) 套管是开采石油天然气必须使用的工程用具． 随着西部大开发的深入，采油条件越来越恶劣，深 井、超深井的开发量加大，这就对石油套管的性能提 出了更高的要求［1］． 近年来，各大钢铁企业都相继 开发高性能石油套管，但大多集中于无缝钢管的生 产． 高频电阻焊 ( ERW) 套管与无缝套管相比，具 有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易 于控制以及成本低等优势． 为了适应市场发展对高 频电阻焊套管的需求并发挥产品优势，开发高技术 含量、高附加值的高级别高频电阻焊石油套管已经 成为研究热点． Q125 级是 API 5 L 标准中强度级别 最高的，该标准对 Q125 钢性能要求为: 屈服强度 862 ～ 1 034 MPa，抗 拉 强 度 ≥931 MPa，延 伸 率 ≥ 14%，横向冲击功 ( 0 ℃) ≥20 J，纵向冲击功( 0 ℃) ≥ 41 J． 为了获得最好的强韧性组合，在 API 标准中高 级别石油套管用钢主要通过调质处理来生产． 目 前，关于 Q125 级别石油套管的相关文献研究极 少［2］，高频电阻焊用 Q125 级石油套管钢的研究还 未见报道． 为此，本文设计了一种具有低合金含量的钢，运 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.007