乔文玮，冯路路，2，杨恒勇，夏迪星

（1.江苏华能电缆股份有限公司，江苏 高邮225613；2. 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心，武汉430081；3. 扬州广电网络有限公司，江苏 扬州225009）

1 引言

承荷探测电缆又称石油测井电缆，主要应用在井下油矿探测的工程中，属于石油工人的眼睛。井下到底是油气混合还是单纯的石油完全靠电缆传回来的数据进行识别，其重要性可想而知[1]。此外，电缆的工况环境极其恶劣，不仅需要在黑暗的环境中使用，而且需要承受一定的载荷。随着石油开采的深度不断增加，电缆常常要在10 000m 甚至更深的地下工作，其工作的温度和压力也在不断增加，因此，需要可靠性非常高的钢丝铠装来进行防护[2]。通常，电缆外护层的材料为橡胶或塑料，但橡胶或塑料的制备工艺非常复杂，而且机械强度较低，不能满足海洋工程与油气勘探用承荷探测电缆的工艺要求。

我国在1977 年开始使用铠装钢丝进行承荷探测电缆的制造，逐渐发展为抗拉强度为1 860～1 960MPa 的铠装钢丝[3]。近年来，随着钢铁工业的发展，逐渐开始研发抗拉强度为2 260MPa的铠装钢丝，所采用的成分设计为质量分数为0.92%的C，添加质量分数为0.99%的Si 和质量分数为0.50%的Mn，并添加一定量的Cr 和V，轧制为盘条进行斯太尔莫控制冷却后，重新加热升温进行等温淬火处理索氏体化处理，获得全片层的珠光体组织，其珠光体组织的微观结构决定了其综合的力学性能，例如，机械强度。因此，铠装钢珠光体组织的细化以及均匀化程度极其重要。微合金化Nb 元素具有细化晶粒的作用，经常使用在调控钢材的组织性能上，但是Nb 元素对承荷电缆用铠装钢珠光体组织的影响需要进一步明确。本文设计了2 种不同的试验钢，1 种添加质量分数为0.025%的Nb，1 种不添加Nb 元素，对比分析Nb 元素添加对承荷电缆铠装钢珠光体组织的影响。

2 化学成分

试验钢的化学成分如表1 所示，1#试验钢为添加了质量分数为0.025%的Nb，2#（Free-Nb）试验钢为未添加Nb。在轧钢厂将试验钢轧制为φ6.5mm 的盘条，空冷至室温。在盘条上截取长度为10mm 的试样若干。将式样在箱式电阻炉中以1℃/s的速度升温至950℃，保温5min 后取出放置在650℃的真空退火炉中进行等温处理，处理时间10min，然后取出空冷至室温。采用扫描电子显微镜（SEM，Sirion 400）和透射电镜观察（TEM,JEM 2010HT）观察试验钢微观组织形貌。

表1 试验钢的化学成分

3 试验结果与讨论

3.1 Nb 对试验钢珠光体团簇的影响

1#、2#试验钢在扫描电子显微镜下的微观组织形貌如图1所示。从图1 中可以看出，1#试验钢的珠光体团簇比2#试验钢要细小，采用计算机软件进行统计分析，1#试验钢珠光体团簇的大小约为（7.9±3.1）μm，2#试验钢的珠光体团簇的大小约为（10.0±3.6）μm。Nb 元素的添加使试验钢的珠光体团簇得到了细化，可能的原因是Nb 的固溶作用，在试验钢加热奥氏体化的过程中，对奥氏体晶界的迁移起到了拖拽作用，首先细化了奥氏体晶粒，在随后的等温转变过程中细化了珠光体团簇。

图1 试验钢的珠光体团簇大小

图2 试验钢珠光体片层间距的大小

3.2 Nb 对试验钢珠光体片层间距的影响

1#、2#试验钢的片层间距如图2 所示，1#试验钢的片层间距大小约为（100±5）nm，2#试验钢的片层间距大小约为（120±5）nm。从试验结果可以看出，添加Nb 元素后，试验钢的珠光体片层间距减小，大约20nm。主要是因为Nb 元素的添加推迟了珠光体相变的温度，使过冷奥氏体分解的过冷度加大，片层间距变小。

4 结论

1）试验钢添加Nb 元素后，珠光体的团簇的大小由（10.0±3.6）μm 减小至（7.9±3.1）μm，Nb 元素的添加可以细化承荷探测电缆用铠装钢的珠光体团簇。

2）试验钢添加Nb 元素后，珠光体片层间距由（120±5）nm减小至（100±5）nm，Nb 元素的添加可以增大承荷探测电缆用铠装钢的过冷度，细化珠光体的片层间距。