无锡不锈钢板：10Cr3Mo钢与N80钢的高温力学性能

无锡不锈钢板6月1日讯 目前热采井套管用钢仍以N80钢为主，针对350℃的中温耐热钢仍在研究阶段。10Cr3Mo钢是以N80钢为基础，采用和N80钢相同的热处理工艺，加入Cr、Mo等合金元素，同时加入微量合金元素Nb、V、Ti，专门针对高温热采环境设计的套管用钢。本工作选用N80钢和10Cr3Mo钢进行高温力学性能研究。对两种钢的高温力学性能分别进行了350℃下的高温拉伸和蠕变试验研究。

N80钢是常见的套管钢级，10Cr3Mo钢中提高了Cr、Mo和Ni的含量，具体化学成分如表1所示。试验材料从成型好的套管上取下，沿管壁轴线方向取圆棒拉伸和蠕变试样。

两种套管钢均沿管壁轴线方向取样品，抛光后用4%的硝酸酒精溶液侵蚀，并在光学显微镜下做金相分析。之后对金相试样进行深腐蚀，在扫描电镜下观察其微观结构。

蠕变试验根据GB/T2309-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》取圆棒试样，试样直径为5mm。根据热采井工况，选取350℃为蠕变试验温度。选用应力松弛过程中的4个应力水平作为试验拉伸载荷，对于N80钢，分别为350、400、450、500MPa；对于10Cr3Mo钢，分别为475、500、525、550MPa。高温拉伸试验根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》取圆棒拉伸试样，拉伸试样直径Φ5mm。根据热采井工况，拉伸试验的温度选取270℃，拉伸速率为0.5mm/min。

表1N80钢和10Cr3Mo钢的化学成分（质量分数，%）

钢号CSiMnPSCrMoNiVTi

N800.260.241.270.0150.00760.040.010.0030.0060.003

10Cr3Mo0.170.240.980.0110.00340.990.330.0590.0290.013

结果表明：

（1）10Cr3Mo钢的微观组织晶粒较N80钢更大，同时伴随出现2～3μm的碳化物。断口和试样组织的SEM观察表明，碳化物和析出相尺寸的大小决定了试样内部孔洞的尺寸的大小，较大的孔洞尺寸使试样伸长率降低，导致脆性增大。

（2）室温和高温拉伸试验表明，10Cr3Mo钢在提高Cr、Mo、Ni含量之后，抗拉强度仍维持原有钢级水平，屈强比略有增加，伸长率稍有下降。

（3）350℃蠕变试验表明，在温度小于0.3Tm时，仍然存在着显著的蠕变现象，10Cr3Mo钢较N80钢具有良好的抗蠕变性能。在应力幅为550MPa时，10Cr3Mo钢的蠕变速率未有明显提升，而N80钢的蠕变速率显著增加。使用10Cr3Mo钢作为80钢级的热采井套管将能有效减少因蠕变导致的热采井失效问题。