שינויים בקשיות ובחוזק הנגרמים כתוצאה משינויים בתכולת הפחמן בפלדת סגסוגת פחמן בינונית

כחומר הליבה של צינור צינור קידוח גיאולוגי חלק, צינור פלדה חלק, התנודה של תכולת הפחמן בפלדת סגסוגת פחמן בינונית משפיעה ישירות על התכונות המכניות ויישומיות ההנדסה של החומר. בשילוב עם הצרכים המיוחדים של ענף הקידוח הגיאולוגי ועקרונות מדעי החומרים, מאמר זה ינתח את מנגנון ההשפעה של תכולת הפחמן על הקשיות והעוצמה, ויחקור את כיוון אופטימיזציה של ביצועים ביישומים מעשיים.

1. קשר בין תכולת פחמן למיקרו -חומר

תכולת הפחמן של פלדת סגסוגת פחמן בינונית נשלטת בדרך כלל בין {{0}}. 30% ו- 0.60% 511, המאזן בין דרישות החוזק והקשיחות של החומר. ברמה המיקרוסקופית, פחמן קיים בצורה של תמיסה מוצקה וקרביד:

אזור פחמן נמוך (0. 30%-0. 40%): אטומי הפחמן מומסים בעיקר בפריט ליצירת פיתרון מוצק בין -עירוני. בשלב זה, לחומר יש פלסטיות וקשיחות טובים.

אזור פחמן בינוני (0. 40%-0. 55%): שיעור המלטים המשופעים (Fe3C) עולה, שיעור המבנה הפניני גדל, והקשיות וחוזק המתיחה משופרים משמעותית.
אזור פחמן גבוה (＞ 0. 55%): קרבידס מוגזם משקעים לאורך גבולות התבואה, וכתוצאה מכך מוגברת של שבירה של החומר וירידה בקשיחות ההשפעה.
2. השפעת שיפוע של תכולת פחמן על תכונות מכניות
שינוי קשיות
עבור כל {{0}}. 1% עלייה בתכולת הפחמן, הקשיות של החומר גדלה בערך 10-15 HV. נטילת DZ5 0 פלדה כדוגמה, כאשר תכולת הפחמן עולה מ- 0.35% ל- 0.50%, הקשיות עולה מ- HRC28 ל- HRC35 לאחר מרווה ומזג. הסיבה לכך היא שאטומי פחמן מעכבים את תנועת הניתוק ומשפרים את עמידותו של החומר לעיוות פלסטי באמצעות המנגנונים הכפולים של חיזוק תמיסה מוצקה וחיזוק פיזור קרביד.

התפתחות כוח
חוזק מתיחה (σ _ B) מתואם חיובי עם תוכן פחמן:

כאשר תוכן הפחמן הוא 0. 30%, σ _ B הוא בערך 780 MPa
כאשר תוכן הפחמן הוא 0. 45%, σ _ B מגיע 980 MPa
כאשר תוכן הפחמן הוא 0. 60%, σ _ B עולה על 1100 MPa
שינוי זה נובע מהפחתת המרווח בין Lamellae Pearlite לשכלול חלוקת הקרביד. עם זאת, יש לציין כי העלייה בחוזק התשואה (σ {{0}} s) נוטה להיות שטוחה לאחר שתכולת הפחמן עולה על 0.50%, ובשלב זה הסיכון לשברנות חומר עולה.
3. איזון ביצועים ביישומים מעשיים
צינורות מקדחה גיאולוגיים חייבים לעמוד בדרישות של חוזק פיתול גבוה (גדול יותר או שווה ל 800 מגה -מטרים) וחיי עייפות (＞ 10^6 מחזורים) בו זמנית. בפועל, אופטימיזציה של תכולת הפחמן צריכה לשקול את הגורמים הבאים:

ביצועי ריתוך: כאשר תכולת הפחמן היא ＞ 0. 30%, מפרקי ריתוך חיכוך מועדים לפיצוח תרמי, ויש לבטל לחץ שיורי באמצעות חימום מראש וטיפול בחום לאחר הרצועה.
קשיחות שבר: לאחר מרווה ומזג, קשיחות ההשפעה ({{0}} k) של פלדה 42CRMO עם תוכן פחמן של 0.45% -0. 50% יכולים להגיע ל {} 6} j\/cm², העומד על דרישות העומס העמוק של חור עמוק.
יעילות כלכלית: העלייה בתכולת הפחמן תגדיל את תוספת של יסודות סגסוגת (כמו CR ו- MO), והעלות החומרית תגדל באופן אקספוננציאלי.
4. השפעה סינרגיסטית של תהליך טיפול בחום
מרווה ומזג (מרווה + מזג טמפרטורה גבוהה) הוא המפתח למיטוב הביצועים של פלדת סגסוגת פחמן בינונית:

שלב מרווה: תכולת הפחמן קובעת את כמות הטרנספורמציה של מרטנסייט. לאחר המרווה, שיעור מרטנסייט ב- 0. 45% פלדת פחמן גדולה מ- 90%, והקשיות מגיעה ל- HRC55.
שלב הרפיה: טמפרטורה ב 6 0 0 מעלות הופכת קרבידס לספירואיד, ו -0.50% פלדת פחמן יכולה להשיג מבנה טרוסטיט ממוזג, ולהשיג איזון בין σ _ B =980 MPA ו- Δ =12%.
בהשוואה לתהליך ההרגשה החמה, חוזק הגזירה של הצינור המרתק של 42CRMO מרותך מוגבר ב -25% וחיי העייפות מורחבים ב -40% לאחר מרווה ומזג.
אז לדעתנו
יש לשלוט על תכולת הפחמן האופטימלית של חומרי צינור מקדחה גיאולוגית בטווח של 0. 40%-0. 50%, ובאותה עת ניתן להשיג את הביצועים המקיפים של קשיות HRC {}}} וכוח מתיחה 900-1050 MPA.