第9期 王立东等：电阻焊接用高强Q125级石油套管钢组织及其性能 ·1029· 用控轧控冷工艺+调质处理来实现高级别石油套管 1100℃奥氏体化后，保温10min,然后分别以0.2、 用钢的强韧性结合，从而满足API5L标准中对高 1、3、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45和50℃·s-1的 强度Q125级别石油套管钢的使用要求.通过改变 冷却速率将奥氏体化的试样冷却至室温，得到的静 调质处理过程中淬火和回火温度，确定生产高级别 态连续冷却相变(CCT)曲线如图1所示.图1中， 石油套管用钢最佳的热处理工艺，并对显微组织、力 M、B、F和P分别代表马氏体区、贝氏体区、铁素体 学性能和析出相进行了研究. 区及珠光体区.从图上可以看出：实验用钢的Ac,和 1 Ac3点温度分别为720和820℃；当冷却速度高于40 实验材料及方法 ℃·s时，室温组织完全为马氏体.淬火加热温度 实验材料的化学成分见表1.实验用材料在22 一般选择为Ac3点温度以上30~50℃，因此淬火温 kg真空感应电炉中冶炼，将其锻造成80mm×80mm 度确定为850和870℃ ×90mm,然后在加热炉中加热至1250℃并保温2 1200 h,取出在热轧机上经过粗轧和精轧两阶段控轧，轧 冷却速度（℃·） 至9mm.热轧工艺参数：开轧温度1150℃，终轧温 1000 度≥850℃，轧后的板材经过层流冷却至620℃，然 Ae,=820℃ 800 后放入加热炉中模拟卷曲，保温2h后空冷到室温. Ac=720℃33 在实验钢板材上切取Mmm×10mm样品，运用德 600 40 国进口的热分析仪DL805A进行静态连续冷却相 400 M9=332℃ 变(continuous cooling transformation,CCT)实g验，以 M 测得实验用钢的相变点(AC1和Ac点)，从而选择合 200 适的淬火温度范围.调整淬火、回火温度以使实验 302 151075 0.5 钢的力学性能满足Q125的使用要求.为了满足性 10 10P 10 时间/s 能的均匀性，淬火、回火的保温时间均为1h. 图1实验钢静态连续冷却相变曲线 表1实验用Q125钢的化学成分（质量分数） Fig.1 CCT curves of the tested steel Table 1 Chemical composition of Q125 steel % Si Mn P S Als Ti Mo Cr Ni+Cu 2.2力学性能 0.230.261.280.0060.0040.020.0150.080.36≤0.5 经控轧控冷工艺后，实验钢在不同热处理工 艺下的力学性能见图2.当淬火温度为850℃ 从调质处理后满足Q125的使用要求的板材上 时，随着回火温度的降低，抗拉和屈服强度均升 切取金相试样进行打磨抛光，并用4%硝酸酒精溶 高，延伸率和冲击功下降.当回火温度为550℃ 液进行侵蚀，在光学显微镜(OM)和扫描电镜 时，屈服强度、延伸率和冲击功均远远超过标准 (SEM)下进行组织观察.在满足QI25的使用要求 要求，但抗拉强度未达标；当回火温度为450℃ 的板材上切取尺寸为10mm×10mm×0.3mm的试 时，屈服强度为1090MPa,超出了标准允许范围， 样，用砂纸打磨至50μm.用酒精清洗后，在打孔器 且横向冲击功平均值只有21J,刚刚达到标准要 上打取b3mm的样品，用5%高氯酸酒精溶液对样 求：而在500℃回火时，屈服/抗拉强度、延伸率、 品进行电解双喷，然后运用透射电镜(JEM一 横/纵向冲击功这五项指标均在标准所限范围之 2000FX)对双喷后的样品进行马氏体形貌观察.将 内，在此温度回火，实验钢具有良好的强度和韧 金相试样抛光后利用4%硝酸酒精溶液浸蚀后制成 性匹配.当淬火温度为870℃时，450℃回火后实 萃取复型样品，在真空喷碳仪中喷一层碳膜，再用 验钢的屈服强度和冲击功达不到标准对Q125级 5%高氯酸酒精溶液进行电解剥离，制得实验用碳 性能的要求：550℃回火，冲击功不达标；同样在 膜.采用透射电镜对萃取的碳膜进行析出物观察及 500℃回火时，各项力学性能指标也均达到了标 选区电子衍射(SAED)分析. 准对Q125级石油套管钢的性能要求.可见，在 现有的成分设计及控轧控冷工艺下，经过850℃ 2 实验结果 淬火+500℃回火和870℃淬火+500℃回火的 2.1相变点测定 实验钢的性能均满足API5L标准对Q125级石 实验钢首先以15℃·s1的加温速度升温至 油套管钢的性能要求第 9 期 王立东等: 电阻焊接用高强 Q125 级石油套管钢组织及其性能 用控轧控冷工艺 + 调质处理来实现高级别石油套管 用钢的强韧性结合，从而满足 API 5 L 标准中对高 强度 Q125 级别石油套管钢的使用要求． 通过改变 调质处理过程中淬火和回火温度，确定生产高级别 石油套管用钢最佳的热处理工艺，并对显微组织、力 学性能和析出相进行了研究． 1 实验材料及方法 实验材料的化学成分见表 1． 实验用材料在 22 kg 真空感应电炉中冶炼，将其锻造成 80 mm × 80 mm × 90 mm，然后在加热炉中加热至 1 250 ℃ 并保温 2 h，取出在热轧机上经过粗轧和精轧两阶段控轧，轧 至 9 mm． 热轧工艺参数: 开轧温度 1 150 ℃，终轧温 度≥850 ℃，轧后的板材经过层流冷却至 620 ℃，然 后放入加热炉中模拟卷曲，保温 2 h 后空冷到室温． 在实验钢板材上切取 4 mm × 10 mm 样品，运用德 国进口的热分析仪 DIL805A 进行静态连续冷却相 变( continuous cooling transformation，CCT) 实验，以 测得实验用钢的相变点( Ac1和 Ac3点) ，从而选择合 适的淬火温度范围． 调整淬火、回火温度以使实验 钢的力学性能满足 Q125 的使用要求． 为了满足性 能的均匀性，淬火、回火的保温时间均为 1 h． 表 1 实验用 Q125 钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of Q125 steel % C Si Mn P S Als Ti Mo Cr Ni + Cu 0. 23 0. 26 1. 28 0. 006 0. 004 0. 02 0. 015 0. 08 0. 36 ≤0. 5 从调质处理后满足 Q125 的使用要求的板材上 切取金相试样进行打磨抛光，并用 4% 硝酸酒精溶 液进 行 侵 蚀，在 光 学 显 微 镜 ( OM) 和 扫 描 电 镜 ( SEM) 下进行组织观察． 在满足 Q125 的使用要求 的板材上切取尺寸为 10 mm × 10 mm × 0. 3 mm 的试 样，用砂纸打磨至 50 μm． 用酒精清洗后，在打孔器 上打取 3 mm 的样品，用 5% 高氯酸酒精溶液对样 品进 行 电 解 双 喷，然 后 运 用 透 射 电 镜 ( JEM-- 2000FX) 对双喷后的样品进行马氏体形貌观察． 将 金相试样抛光后利用 4% 硝酸酒精溶液浸蚀后制成 萃取复型样品，在真空喷碳仪中喷一层碳膜，再用 5% 高氯酸酒精溶液进行电解剥离，制得实验用碳 膜． 采用透射电镜对萃取的碳膜进行析出物观察及 选区电子衍射( SAED) 分析． 2 实验结果 2. 1 相变点测定 实验钢首先以 15 ℃·s － 1 的加温速度升 温 至 1 100 ℃奥氏体化后，保温 10 min，然后分别以 0. 2、 1、3、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45 和 50 ℃·s － 1 的 冷却速率将奥氏体化的试样冷却至室温，得到的静 态连续冷却相变( CCT) 曲线如图 1 所示． 图 1 中， M、B、F 和 P 分别代表马氏体区、贝氏体区、铁素体 区及珠光体区． 从图上可以看出: 实验用钢的 Ac1和 Ac3点温度分别为 720 和 820 ℃ ; 当冷却速度高于 40 ℃·s － 1 时，室温组织完全为马氏体． 淬火加热温度 一般选择为 Ac3点温度以上 30 ～ 50 ℃，因此淬火温 度确定为 850 和 870 ℃ ． 图 1 实验钢静态连续冷却相变曲线 Fig． 1 CCT curves of the tested steel 2. 2 力学性能 经控轧控冷工艺后，实验钢在不同热处理工 艺下的 力 学 性 能 见 图 2． 当 淬 火 温 度 为 850 ℃ 时，随着回火温度的降低，抗拉和屈服强度均升 高，延伸率和冲击功下降． 当回火温度为 550 ℃ 时，屈服强度、延伸率和冲击功均远远超过标准 要求，但抗 拉 强 度 未 达 标; 当 回 火 温 度 为 450 ℃ 时，屈服强度为 1 090 MPa，超出了标准允许范围， 且横向冲击功平均值只有 21 J，刚刚达到标准要 求; 而在 500 ℃ 回火时，屈服 /抗拉强度、延伸率、 横 /纵向冲击功这五项指标均在标准所限范围之 内，在此温度回火，实验钢具有良好的强度和韧 性匹配． 当淬火温度为 870 ℃ 时，450 ℃ 回火后实 验钢的屈服强度和冲击功达不到标准对 Q125 级 性能的要求; 550 ℃ 回火，冲击功不达标; 同样在 500 ℃ 回火时，各项力学性能指标也均达到了标 准对 Q125 级 石 油 套 管 钢 的 性 能 要 求． 可 见，在 现有的成分设计及控轧控冷工艺下，经过 850 ℃ 淬火 + 500 ℃ 回火和 870 ℃ 淬火 + 500 ℃ 回火的 实验钢的性能均满足 API 5 L 标准对 Q125 级石 油套管钢的性能要求． ·1029·