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ASTM A519 4130无缝钢管

产品类别:耐磨无缝钢管

产品名称:ASTM A519 4130无缝钢管

采购热线:13920270886

       ASTM A519 4130无缝钢管是一种合金结构钢,因其具有较高的静力强度、疲劳极限和冲击韧性,所以被广泛应用于抽油杆的制造中。本文基于对抽油杆材料4130无缝钢管的化学组成成分分析的基础上,分析热处理后4130无缝钢管的性能以及其性能与各影响因素之间的关系,为4130无缝钢管的热处理工艺提供一个新的思路,以此来提高抽油杆的使用性能。 
      抽油杆作为一种承受疲劳载荷的工程构件,在加工制造和使用过程中,往往会出现各种不同类型的裂纹和缺陷。为了尽可能地减少这些缺陷,延长抽油杆的使用寿命,需要对制造抽油杆的材料进行认真选择,因为材料的机械性能和韧性决定了抽油杆的强度大小。在众多的钢材种类中,CrMo钢具有很高的强度、韧性和塑性,是一种比较常见的结构钢,由于其性能良好,CrMo钢系列在各种压力锻件、吊杆和紧固件制造中得到了广泛的运用。4130无缝钢管属于CrMo钢系列,是一种中碳中合金结构钢,具有很好的工艺性能和力学性能,在价格方面也很占优势,目前在油田抽油杆制造领域得到了充分的运用。然而,4130无缝钢管在热处理后存在性能不稳定、力学性能也无法满足加工要求的问题,通过金相组织结构分析,发现30CrMo热处理后存在反常组织。为了提高4130无缝钢管热处理后的性能,提高抽油杆的安全性,需要对其反常组织的影响因素进行分析,从而采取有效措施加以解决。 
  1 4130无缝钢管的热处理 
  1.1 成分的量对性能的影响 
  钢的组织结构决定了它的性能。4130无缝钢管是中合金调质结构钢,其中Cr的含量有0.8%-1.1%,Mo占有0.15%-0.25%,所以具有很高的淬透性和韧性。 
  对30CrMo进行调质处理,利用油淬后再高温回火,淬火温度为860-900℃,上下可允许波动20℃,淬火后可以采用水冷或者油冷;回火温度为490-590℃,上下可以波动50℃。根据某厂4130无缝钢管原材料的性能测试资料,可以得到,在热处理方式相同的情况下,4130无缝钢管的性能还是有很大的波动,抗拉强度和屈服强度的变化波动较大,最大值和最小值之间都相差300左右。这些变化主要是由于4130无缝钢管的成分波动所造成的,所以4130无缝钢管的成分的量对热处理后的钢的性能有很大的影响。 
  1.2 微量元素对性能的影响 
  合金元素的加入,对钢的性能有很大的影响。合金元素对淬火、回火状态下的钢的强化作用效果显著。W、Mo、V对提高钢的热硬性效果显著,既可以提高钢在高温下保持高硬度的能力,也可以提高钢的耐磨性;Cr、W、Mo、AL、Si可以提高钢的耐热性,其中Cr可以提高钢的耐蚀性。 
  4130无缝钢管是调质钢,合金元素主要是对钢的淬透性和回火稳定性有影响。合金元素的加入可以提高4130无缝钢管的淬透性,保证在淬火时容易获得马氏体。但合金元素对提高马氏体硬度的作用很有限,在完全获得马氏体的条件下,碳含量相同时合金钢和碳钢的硬度基本上一样。另一方面,合金元素也能提高4130无缝钢管的回火稳定性,使淬火钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀和稳定,并使马氏体的细微晶粒及高密度位错保持到较高的温度。在相同的条件下,合金钢比碳钢具有更高的强度,此外,有些合金元素还可以使钢产生二次硬化,得到很好的高温性能。在淬火形成马氏体时,马氏体中的位错密度增大,而屈服强度随位错密度增大而提高。马氏体形成时,奥氏体被分割成许多较小的、取向不同的区域,产生相当于晶体细化的作用。马氏体中的合金元素也有固溶强化的作用。马氏体是过饱和固溶液,回火时析出碳化物,使得韧性大大得到提高,析出的碳化物粒子能造成强烈的第二相强化。 
  2 热处理对性能的影响 
  2.1 4130无缝钢管金相显微结构 
  为了清楚地了解到热处理工艺方式的不同对4130无缝钢管结构的影响,对4130无缝钢管采用不同的热处理工艺,然后对比30CrMo的洛氏硬度;再利用显微镜观察4130无缝钢管的组织结构。在实验中,4130无缝钢管采用850℃淬火工艺后,钢结构组织的洛氏硬度最大,随着回火温度的逐渐降低,洛氏硬度反而逐渐在增加;而采用淬火+840℃正火处理后,洛氏硬度最低。 
  为了能更加直观地表现4130无缝钢管不同热处理后的组织结构,通过金相分析,得到如下所示的图。 
  图1 4130无缝钢管不同工艺热处理后的显微组织图 
  从图1可以看出,4130无缝钢管采用850℃的温度淬火后,得到淬火马氏体,其组成结构是条状型的马氏体和少量的残余奥氏体,即金相组织为a所示。因为形态结构呈条状的马氏体,在结构上是位错的,所以它的硬度很大。经过正火处理后,晶粒变大,即图b所示,结构为铁素体和珠光体组成。在这段保温时间内,过冷奥氏体会转变为贝氏体。贝氏体是铁碳化合物分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。由于转变温度的不同,贝氏体的形态也不相同,对4130无缝钢管的性能也有很大的影响。上贝氏体在温度较高时形成,其铁素体叶片较大,塑性变形抗性较低;同时,渗碳体分布在铁素体叶片之间,容易引起脆断,因此,强度和韧性都较差。下贝氏体形成的温度较低,其铁素体的叶片较小,无方向性,碳的过饱和度较大,位错密度高,且碳化物分布均匀,弥散度大,所以硬度高,韧性好,具有较好的综合力学性能。因此,控制好温度,减少上贝氏体的形成,对4130无缝钢管的力学性能改善有很大的帮助作用。 
  2.2 回火温度的影响 
  4130无缝钢管的性能会根据回火温度的不同而发生改变,当回火温度增加时,钢的韧性和塑性提高,而强度和硬度会降低。下面通过采用不同的回火温度,对4130无缝钢管试样的硬度进行分析,如下图所示。 
  图2 不同回火温度下4130无缝钢管硬度对比图 
  从上图可以看出,4130无缝钢管在低温回火时,硬度基本没有什么变化;中温回火时,硬度显著下降,但是在500℃时,出现一个直线段,这是由于二次硬化造成的;高温回火阶段,30CrMo的硬度持续下降。这是因为在高温时晶粒长大和溶质溶解,这样会造成固溶强化和细晶强化等强化机制的减弱,进而使得30CrMo的强度下降而塑性升高。 
  3 总结 
  本文通过对4130无缝钢管热处理后的性能进行分析,明确了热处理后影响4130无缝钢管性能的因素,这更有助于4130无缝钢管在抽油杆制造方面的应用和钢材热处理方式的选择,保证了抽油杆能承受高强度载荷、冲击和弯矩,有利于提高抽油杆的强度和安全性。
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