石油套管淬火过程中残余应力场的数值模拟

李亚欣^1,2，刘雅政¹，周乐育¹，李阳华³，邹喜洋³

1. 北京科技大学材料科学与工程学院2. 北京科大中冶技术发展有限公司3. 衡阳华菱钢管(集团)有限公司技术中心

摘 要：为降低P110级石油套管淬火冷却过程中的内应力,提出"水淬—空冷—水淬"的优化冷却方式,并利用有限元方法对冷却过程中温度、应力场的变化规律和分布状态进行了模拟.模拟结果表明:冷却至7.5s出水时,横截面上最大温差为104℃,空冷结束时断面温度均匀;再次水冷的最大温差为80℃,与7.5s时相比,温差降低了24℃.对于应力,在最初的水冷阶段,从开始到2.5s,切向应力增大,2.5～5.5s,切向应力降低,冷却至5.5s时发生组织转变,此后热应力和组织应力共存,切向应力随冷却进行迅速升高,并在7.5s时达到最大,为563MPa;出水空冷阶段,热应力减小,组织应力消失,13s空冷结束时切向应力分布较均匀,为-11～27MPa;再次入水冷却至13.6s,切向应力再次达到最大,为451MPa,比7.5s时的563MPa降低了112MPa,达到了优化冷却工艺的目的.

关键词：石油套管;淬火;有限元法;温度场;应力场;