关键词：大直径圆钢;42CrMo;热处理工艺;数值模拟;力学性能预测
摘 要：石油套管是开采石油的重要结构件,其性能和使用寿命对开采过程的安全性和可靠性有重要影响。为提高开采效率,石油套管的直径逐渐增加,对其力学性能也提出了更高的要求。P110级圆钢经调质处理后具有很高的综合力学性能,常用于制作石油套管。因此,生产企业、科研院所越来越重视对石油套管坯料—大直径圆钢的热处理工艺技术的研究及开发。本文根据某厂圆钢热处理工艺和产品性能的实测数据,采用数值模拟与理论推导结合的方法,分析圆钢在热处理过程中温度、组织、应力及应变的变化规律,预测其力学性能,优化大直径圆钢轧后热处理工艺,主要完成了如下工作:1.建立了42CrMo钢的材料库模型,包括相变动力学曲线,不同淬火相的热物理性能参数模型及硬度模型;分析了42CrMo钢在冷却过程中不同淬火相的相变特点、热物理性能随温度变化的规律以及淬火相的硬度。2.设计了温度采集系统及淬火装置,测定了42CrMo圆钢在不同淬火介质中试样温度随时间变化的曲线;基于反传热求解法,计算了材料在不同淬火条件下的综合表面换热系数并验证了所求换热系数的准确性。3.分析了不同直径的42CrMo圆钢在淬火过程中温度场、组织场、应力应变场的变化情况;提出了将淬火数值模拟计算和回火力学性能解析计算结合的方法预测42CrMo钢调质处理后的力学性能。4.分析了淬火工艺参数及回火工艺参数对42CrMo钢淬火性能及回火性能的影响;针对不同直径的42CrMo圆钢,设计了不同的热处理试验方案,利用Deform软件进行了仿真;基于仿真结果,建立了热处理工艺参数与调质处理后力学性能的函数关系式。5.根据某厂力学性能要求,建立了多目标优化模型,优化了Ф228.6mm、Ф292.1mm、Ф342.9mm的42CrMo圆钢热处理工艺。
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