新型奥氏体高强钢的组织和力学性能研究

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1、中图分类号：TB31单位代码：11414学号：2013216502题目新型奥氏体高强钢的组织和力学性研究能研究能研究性能研究性能研究专业或领域材料工程研究方向腐蚀与防护专业硕士生钟升指导教师陈长风教授现场导师孙凤石高级工程师入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明：本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡

2、献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：硕士专业学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后

3、适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要随着油气田开采深度增加，井下材料服役的温度和压力不断提升，对油套管的力学性能、强韧性匹配提出了极高的要求，对高强高韧油套管的需求日益增加。传统的油套管高强钢基体组织为体心结构，氢脆敏感性高，使用受到环境限制，且延伸率不高。高锰TWIP钢作为一种新型奥氏体高强钢，氢脆敏感性低于体心结构，具有良好的强塑匹配，为油田用高强钢的研究提供新方向。通过成分设计和合金熔炼，共得到三种成分的

4、高锰TWIP钢，分别是含锰16%的TWIP钢，含锰16%的加铝TWIP钢以及含锰25%的TWIP钢。本文分别研究了冷变形量，热处理，合金元素对组织及力学性能的影响，利用拉伸机、冲击试验机等设备研究不同合金组分，不同变形量，不同热处理条件的力学性能，利用SEM、TEM、XRD等设备研究组织变化。冷变形量对组织及力学性能研究表明，随着冷变形量增加，晶粒沿轧制方向变形，当变形量为50%时，晶粒尺寸从20μm降低至5μm，屈服强度从712MPa增加至1809MPa，抗拉强度从1283MPa增加至1961MPa，延伸率从34.1%降低至6.5%，强塑积从43

5、771MPa%降低至12672MPa%，随着变形量继续增加，当晶粒达到1μm以下，抗拉强度提升至2.5GPa；TEM分析表明变形过程中依次出现层错、孪晶，二次孪晶相互贯穿并分割晶粒，形成网格结构，同时能够将位错束缚在网格中，起到强化作用；XRD分析表明，当变形量达到30%时，产生密排六方ε马氏体相变，当变形量为85.9%时，产生体心四方α马氏体相变，未发生ε相变，表明ε相为γ相和α相的中间态。热处理对组织及力学性能研究表明，热处理过程存在碳化物析出和回复再结晶。SEM分析表明，随着热处理温度升高，在650℃产生大量碳化物沿晶界析出，在750℃发生再

6、结晶。应力应变曲线显示，冷拔丝材低于550℃热处理后，强度从2.5GPa提高至2.8GPa，表明碳化物析出有利于强度升高，650℃热处理后材料延伸率异常降低，表明碳化物析出有利于塑性降低；650-750℃阶段，随着回复再结晶进行，强度降低，延伸率增加，碳化物析出和回复再结晶对强度和延伸率影响互为竞争关系。当温度在再结晶温度以下时，碳化物的析出为主要影响因素；当温度达到再结晶温度时，回复再结晶为主要影响因素。合金元素对组织及力学性能研究表明，Mn元素和Al元素含量增加能够降低强度增加塑性，延长均匀变形阶段，同时抑制形变诱发ε马氏体相变，增加奥氏体-I

7、I-摘要基体的稳定程度。关键词：奥氏体；高强度；孪晶；碳化物；再结晶；合金元素-III-ABSTRACTMicrostructureAndMechanicalPropertiesOfANewAusteniteHighStrengthSteelABSTRACTAsoilandgasminingdepthincreases,thetemperatureandpressurewhichdrillingequipmentservesinhasimprovedConstantly，itrequiresagoodmatchofhighstrengthandto

8、ughnessaswellasmechanicalproperties，theAPIstandardcannotmeett