摘要
随着全球石油需求量持续增长，很多恶劣环境下的油气田也相继投入开发使用，因此，对石油套管的性能提出了更高的要求。本文选用国内某钢管制造公司新研发的170ksi级高强高韧套管材料，经测试该钢种具备优异力学性能。为使新研发的套管材料顺利实现工业化生产，本文利用Gleeble-3500试验机进行单道次与双道次热压缩试验来模拟套管生产时斜轧穿孔过程与热连轧过程，通过光学金相显微镜（OM）与背散射电子衍射技术（EBSD）对显微组织进行表征，分析了该钢种形变奥氏体动态再结晶行为与静态再结晶行为，并绘制热加工图为工业生产提供理论理论支持。本文主要研究内容与结论如下： 利用Gleeble-3500试验机进行系列变形温度（900~1200℃）与系列应变速率（0.01~5s-1）单道次热压缩试验来研究该钢种动态再结晶行为。研究发现：试验钢在单道次热压缩过程中存在加工硬化型、动态再结晶型以及加工硬化与动态再结晶综合作用型三种应力-应变曲线形态；通过分析不同变形条件下原奥组织形貌发现，较高变形温度与较低应变速率更有利于动态再结晶的进行；通过EBSD分析再结晶晶粒亚结构发现，变形温度升高与应变速率增大使大角度晶界占比增多，试验钢进行连续动态再结晶与非连续动态再结晶两种转变；结合不同变形条件下的峰值应力建立了双曲正弦本构模型并计算出应变补偿公式，建立了特征参数模型；基于动态材料模型理论（DMM）与流变失稳理论绘制了该钢种热加工图，确定了最佳热加工工艺范围：变形温度大于1150℃，应变速率大于0.1s-1。 利用Gleeble-3500试验机进行了系列变形温度（900~1200℃）、系列预应变（0.15、0.27、0.35）、系列应变速率（0.1s-1、1s-1、5s-1）、系列道次间隔时间（1~200s）、系列初始晶粒尺寸（78μm、110μm、122μm）双道次热压缩试验来探究套管在热连轧过程中静态再结晶行为。研究发现，试验钢静态再结晶速率与双道次热压缩预应变、应变温度以及应变速率呈正相关关系，与初始晶粒尺寸呈负相关；静态再结晶晶粒尺寸与变形温度、初始晶粒尺寸呈正相关关系，与预应变、应变速率呈负相关。通过不同变形条件下的应力-应变曲线特征值推导出了试验钢静态再结晶热激活能Q=582.5kJ/mol，并建立了试验钢静态再结晶动力学方程。
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