超高强度镦锻式空心抽油杆组织性能的研究

摘要

当前我国的有杆抽油井数量不断增加，井深度也不断增加，对抽油杆的强度和韧性相应提出了更高的要求，一般强度的抽油杆已不能满足工况，因此超高强度的抽油杆研发工作刻不容缓。本文采用热模拟、力学性能测试、显微分析和计算机模拟等技术探讨了通过改变热镦锻工艺参数，使D级空心抽油杆用钢20CrMo能够获得更高的强韧性配合，达到H级抽油杆的性能要求的可行性。论文研究了不同热处理工艺下20CrMo试验钢的组织性能变化规律，分析了显微组织对力学性能的影响，建立起了超高强度镦锻式空心抽油杆工艺-组织-性能之间的关系，主要结论如下：
　　（1）不同淬火加热温度下试验钢组织性能变化规律表明：试验钢经过淬火后，可以获得板条马氏体组织，随着加热温度的升高，试验钢的强度单调增加，在加热温度为900℃时，试验钢具有较好的强韧性配合。
　　（2）不同冷却介质下试验钢组织性能变化规律表明：随着冷却速度的提高，试验钢的强度水平增加，塑性水平降低。在以水为冷却介质的冷却方式下，试验钢获得了一定量板条马氏体组织。多位向分布的致密马氏体板条、高密度的位错和细小的有效晶粒等组织结构赋予了试验钢良好的强韧特性。
　　（3）不同原始组织的淬火后的组织性能变化规律表明：调质态的原始组织和一次淬火态的原始组织，经淬火后可以得到较好的强韧性配合。淬火次数的增多，并不一定能够得到良好的综合力学性能，相反会产生淬火脆性。
　　（4）不同回火温度下试验钢组织性能变化规律表明：随着回火温度的升高，材料的抗拉强度、屈服强度等强度指标呈现下降趋势，但均高于原始材料。断后伸长率、断面收缩率等塑性指标和冲击韧性呈现上升趋势。
　　（5）综合强塑性的考虑，对D级抽油杆用钢20CrMo采用二次淬火加550℃高温回火工艺处理后可得到良好的强塑性配合，满足H级抽油杆的性能要求。
　　（6）利用Deform-3D软件建立了空心抽油杆杆头和接箍的成形模型，进行了工艺参数的模拟计算，并应用优化后的模拟工艺参数，进行实际生产，获得了合格的成形产品。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究目的

1.3 国内外发展现状

1.4 镦锻式空心抽油杆的设计

1.5 研究内容和创新点

第二章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

2.2 力学性能试验

2.3 显微组织分析试验

第三章 不同加热温度下20CrMo钢的组织性能

3.1 引言

3.2 试验材料及方法

3.3 试验结果及分析

3.4 分析与讨论

3.5 本章小结

第四章 不同冷却介质下20CrMo钢的组织性能

4.1 引言

4.2 试验材料及方法

4.3 试验结果及分析

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

第五章 不同原始组织下20CrMo钢的组织性能

5.1 引言

5.2 试验材料及方法

5.3 试验结果及分析

5.4 分析与讨论

5.5 本章小结

第六章 不同回火温度下20CrMo钢的组织性能

6.1 引言

6.2 试验材料及方法

6.3 试验结果及分析

6.4 分析与讨论

6.5 本章小结

第七章 镦锻式空心抽油杆成形数值模拟

7.1 引言

7.2 金属塑性成形的物理模拟及Deform-3D软件

7.3 镦锻工艺设计

7.4 镦锻式空心抽油杆杆头的模拟过程

7.5 镦锻式空心抽油杆接箍成形过程的模拟

7.6 小结

第八章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文