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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 断裂力学研究进展4

1.2.1 断裂力学的发展4

1.2.2 裂纹扩展的判据6

1.2.3 影响断裂韧性的因素7

1.2.4 Ⅰ／Ⅲ复合型断裂韧性的研究8

1.2.5 断裂韧性的定量公式9

1.3 疲劳性能的发展和研究11

1.3.1 疲劳裂纹的扩展过程11

1.3.2 疲劳裂纹扩展速率的研究及应用13

1.4 环境对材料力学性能的影响14

1.4.1 应力腐蚀的影响14

1.4.2 腐蚀介质对疲劳裂纹扩展性能的影响15

1.4.3 氢对材料性能的影响15

1.5 断裂韧性及疲劳裂纹扩展性能的试验方法16

1.5.1 断裂韧性的试验方法16

1.5.2 疲劳裂纹扩展性能的试验方法16

1.5.3 疲劳裂纹扩展数据的处理方法17

1.6 套管钻井钢存的在问题及分析思路18

1.7 主要研究进展20

第2章 三种套管钻井钢的拉伸和冲击性能22

2.1 引言22

2.2 试验材料与方法22

2.3 试验结果与分析23

2.3.1 三种套管钻井钢显微组织及硬度23

2.3.2 三种套管钻井钢的拉伸性能和冲击性能26

2.3.3 套管钻井钢的硬化指数31

2.4 小结40

第3章 三种套管钻井钢的Ⅰ／Ⅲ复合型断裂韧性41

3.1 引言41

3.2 Ⅰ／Ⅲ复合断裂韧性的研究进展和方法41

3.2.1 断裂韧性的研究进展及理论基础41

3.2.2 断裂韧性的研究方法46

3.3 测量Ⅰ／Ⅲ复合型断裂韧性试验中横向位移分量的测试装置49

3.4 试验材料与方法50

3.5 试验结果与分析53

3.5.1 三种套管钻井钢的Ⅰ／Ⅲ复合型断裂韧性及机制53

3.5.2 氢对三种套管钻井钢Ⅰ／Ⅲ复合型断裂韧性的影响61

3.5.3 Ⅲ型载荷分量对P110钢断裂韧性断口表面的影响67

3.6 小结69

第4章 三种套管钻井钢的疲劳裂纹扩展性能70

4.1 引言70

4.2 套管钻井技术中套管钻井钢疲劳性能的研究70

4.2.1 套管钻井钢疲劳性能研究的目的和意义70

4.2.2 套管受力分析和疲劳失效的控制71

4.2.3 疲劳的分类及特点72

4.2.4 疲劳断裂过程73

4.2.5 疲劳裂纹研究的进展73

4.2.6 疲劳裂纹扩展的一般规律及机理74

4.3 试验材料与方法75

4.4 试验结果与分析75

4.4.1 应力比对三种套管钻井钢疲劳裂纹扩展性能的影响75

4.4.2 三种套管钻井钢疲劳裂纹扩展性能和拉伸性能的定量关系84

4.4.3 应力比与裂纹失稳区起始点对应的△K值之间的关系86

4.4.4 决定裂纹疲劳裂纹扩展性能的本质参量89

4.4.5 应力比对门槛区裂纹扩展速率及断裂机制的影响93

4.5 小结96

第5章 三种套管钻井钢断裂机制的比较98

5.1 引言98

5.2 试验材料与方法98

5.3 试验结果与分析98

5.3.1 三种套管钻井钢的断裂机制98

5.3.2 不同加载方式下断裂机制的比较107

5.4 小结112

第6章 不同钢级套管钻井钢力学性能的综合比较113

6.1 引言113

6.2 钻井套管钢性能要求113

6.2.1 成分分析113

6.2.2 强度及伸长率分析113

6.2.3 冲击韧性分析114

6.2.4 疲劳裂纹扩展性能分析115

6.2.5 断裂韧性分析115

6.3 小结115

附录117

附录Ⅰ：套管钻井钢化学成分、性能要求及检测方法117

附录Ⅱ：专利128

参考文献147