油气田极端工况下等通道角挤压高锰钢微观结构与力学性能的温度效应OA
Temperature Effect on Microstructure and Mechanical Properties of ECAP High Manganese Steel Under Extreme Operating Conditions in Oil and Gas Fields
针对油气田深井高温高压、低温集输、酸性腐蚀等极端工况下传统管材(碳钢、低合金钢)存在强度-韧性失衡、耐蚀性不足的问题,本研究成功制备了化学成分为Fe-25Mn-1.66Si-1.23Al的孪晶诱导塑性(TWIP)钢,并分别在室温和300℃下通过等通道角挤压(ECAP)对其进行了强烈塑性变形(SPD),系统研究其在极端工况下的微观结构和力学性能.采用不同的表征手段分析了其微观结构,同时通过在ECAP前后进行拉伸实验来检测其力学性能.结果表明:ECAP后,TWIP钢的晶粒被拉长,特别是在室温下,晶粒尺寸急剧减小.透射电镜(TEM)明场像与选取电子衍射证实,在所有ECAP挤压条件下都存在孪晶.相对于在较高温度下进行多次ECAP工艺,在室温下进行同样工艺,试样更容易产生形态复杂的二次孪晶.室温下一道次ECAP会导致300℃下两道次同等的应变效应.通过ln(dσ/dε)-lnσ图分析应变硬化行为,结果表明,退火样品具有相对较高的应变硬化能力,而ECAP处理样品的应变硬化性能随着ECAP施加的总应变量的增加而逐渐降低.
In response to extreme working conditions such as high temperatures and high pressures,low temperature gathering and transportation,and acid corrosion in oil and gas fields,traditional pipe materials(carbon steel,low-alloy steel)suffer from strength toughness imbalance and insufficient corrosion resistance,this study successfully prepared twinning induced plasticity(TWIP)steel with a chemical composition of Fe-25Mn-1.66Si-1.23Al,and subjected it to severe plastic deformation(SPD)through equal channel angular pressing(ECAP)at room temperature and 300℃.Different characterization methods were used to analyze its microstructure,and tensile tests were conducted before and after ECAP to test mechanical properties.The results show that after ECAP,the grains of TWIP steel are elongated,especially at room temperature,where the grain size decreases sharply.Transmission electronic microscopy(TEM)analysis confirmed the presence of twinning under all ECAP extrusion conditions.However,after multiple ECAP processes at room temperature and higher temperatures,it is more likely to induce complex secondary twinning morphology.One ECAP at room temperature will result in equal strain effects for two passes at 300℃.The strain hardening behavior is analyzed through the ln(dσ/dε)-lnσ plot,and the results show that annealed samples have relatively high strain hardening ability,while the strain hardening performance of ECAP treated samples gradually decrease with the increase of the total strain applied by ECAP.
王雷;廖正东;安维杰;李丹;王卉
西安石油大学 材料科学与工程学院,西安市高性能油气田材料重点实验室,陕西 西安 710065西安石油大学 材料科学与工程学院,西安市高性能油气田材料重点实验室,陕西 西安 710065长庆油田分公司长庆工程设计有限公司,陕西 西安 710018千叶大学,日本 千叶县 263-8522北京建筑材料科学研究总院有限公司 材料循环低碳再生全国重点实验室,北京 100041
矿业与冶金
TWIP钢等通道挤压温度效应孪晶力学性能
TWIP steelECAPTemperature effectTwinsMechanical behavior
《材料科学与工程学报》 2026 (2)
177-187,210,12
国家自然科学基金项目(12102340)陕西高校青年创新团队建设项目(陕教函2023-997-29)西安石油大学青年科研创新团队项目(2019QNKYCXTD14)东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室开放基金项目(2022RALKFKT009)清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室开放基金项目(SKLTKF22B10)河南省冲击与工程结构灾害动力学国际联合实验室开放基金项目(LDIDES-KF2022-02-02-02)西安交通大学金属材料强度国家重点实验室项目(20242605)
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