27CrMoTi钢热处理工艺及性能
2018-09-26

石油开采及井下固井工具是在数千米深的井中作业，环境恶劣，受力状况复杂。通常情况下，固井工具既要承受拉应力、扭转弯曲应力，也要承受强烈的摩擦和冲击。同时，工具也要耐高温、高压和CO2、H2S等腐蚀气体的侵蚀。这就要求井下材料具有良好的综合性能，既要有强度与韧性的良好匹配，还要具有良好的防腐蚀性能。基于井下工具的使用要求，27CrMoTi钢是井下固井工具中常用的材质。通过采用不同的热处理工艺，对比分析27CrMoTi钢的力学性能变化。

试验用钢为27CrMoTi无缝钢管，名义化学成分见表1。采用膨胀法结合金相硬度法测定试验钢的CCT曲线。在27CrMoTi无缝管上取得Φ4mm×10mm的试样，使用DIL805A型膨胀仪进行试验。将试样以20℃/s速度加热到1000℃，保温5min，然后以10℃/s的速度冷却到900℃，试样保温20s后分别以0.2、1、2、3、4、10、20和30℃/s的冷速冷却至室温，测得试样的膨胀量-温度曲线。
表1  试验钢的化学成分（质量分数，%）
C
Mn
Cr
Mo
Ti
P
S
0.2～0.4
≤1.0
0.6～1.5
0.2～0.5
0.05～0.25
≤0.03
≤0.01
 
井下工具需要进行合理的热处理，具备优良的综合力学性能才能入井使用。在箱式电阻炉中分别将试样加热至840℃和870℃进行淬火处理，淬火后分别在500、540、580、600、620和640℃进行回火处理。将不同工艺下的试样加工成标准拉伸试样和冲击试样，在CMT-4105型万能试验机和JB-30B型冲击试验机上进行力学性能测试，使用DMI3000M金相显微镜观察组织变化。结果表明：
（1）27CrMoTi钢连续冷却过程中，冷速大于1℃/s时，硬度高于300HV10；冷速达到30℃/s时，奥氏体全部转变为马氏体，硬度达到569HV10。
（2）随回火温度提高，27CrMoTi钢抗拉强度和屈服强度呈下降趋势，硬度随之下降，韧性有明显提高。
（3）870℃淬火后的强度明显高于840℃淬火后的强度，840℃淬火后的塑性、韧性要高于870℃淬火的，且组织中存在未溶铁素体。根据实际应用要求，该钢合适的热处理工艺为870℃淬火+640℃回火。