本文關鍵詞：國產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼在Cl~-環(huán)境下的點蝕行為研究

  更多相關文章： 國產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼 點蝕 應力腐蝕 化學浸泡 電化學測試 電子結構計算

【摘要】：針對在高含H2S和C1-的酸性油氣田開發(fā)環(huán)境中,油套管鋼存在應力腐蝕嚴重的問題,以及在該環(huán)境下鋼材應力腐蝕起因多產(chǎn)生于點蝕坑的理論及工程現(xiàn)狀,本論文開展了采用力學性能、耐腐蝕性能優(yōu)異的海酷-1號、�？�-2號兩種國產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼替代目前使用的G-3鎳基合金的研究。本論文應用電化學工作站、SSRT、SEM、EDS、 XRD等現(xiàn)代物理化學測試手段,通過化學浸泡、電化學測試、慢應變速率拉伸測試和組織結構分析等試驗方法,研究了兩種鋼材在C1-環(huán)境中的點蝕行為,并對其點蝕機理、點蝕敏感性影響因素、點蝕對應力腐蝕敏感性的影響進行了理論探討,為國產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼在石油天然氣工業(yè)領域的安全服役提供一定的理論指導。 在化學浸泡測試方面,對浸泡不同時間的試樣進行SEM、EDS及XRD分析,確定兩種材料的點蝕生長過程包括孕育期、發(fā)展期和長大期,通過測試結果對其點蝕機理進行探討可知：點蝕孕育期由于Cl-富集產(chǎn)生貧Cr區(qū)而形成不均勻易溶解的鈍化膜,在蝕孔邊緣產(chǎn)生新的活化中心,新核生成導致鐵基體加速脫落,是初期腐蝕速率大的主要原因；點蝕發(fā)展期,“自酸化催化效應”促進點蝕發(fā)展并形成不均勻的鈍化膜；點蝕長大期,蝕孔邊緣形成均勻穩(wěn)定的鈍化膜,腐蝕達到一個平衡態(tài)。 基于對兩種材料點蝕機理的認識,本文通過電化學測試技術對其點蝕敏感性影響因素進行研究,分別測定不同C1-濃度、不同溫度下的極化曲線、循環(huán)極化曲線及Mott-Schottky曲線。結果表明,隨著Cl-濃度升高鋼的耐點蝕性能降低,且在相同環(huán)境中�？�-1號鈍化膜自修復能力優(yōu)于海酷-2號、�？�-2號耐點蝕性能優(yōu)于海酷-1號；隨著溫度升高鋼的耐點蝕性能也降低,且在低于40℃時�？�-2號的耐點蝕性能與海酷一1號相當,可替代含Ni的�？�-1號用于易發(fā)生點蝕的環(huán)境中。此外,在模擬羅家寨腐蝕環(huán)境中進行電化學測試,結果表明兩種材料在該環(huán)境下均形成較穩(wěn)定、致密的鈍化膜,能抵抗侵蝕性離子的介入。 為了研究點蝕對應力腐蝕敏感性的影響,設計了在空氣中、未做處理在腐蝕液中、預制點蝕孔后在腐蝕液中進行慢應變速率拉伸試驗,分析測定不同條件下的SSRT曲線及應力腐蝕敏感性系數(shù),并對斷口進行SEM檢測。結果表明,�？�-1號、海酷-2號分別在空氣中、在模擬羅家寨腐蝕環(huán)境中均發(fā)生韌性斷裂,敏感性系數(shù)均處于應力腐蝕安全區(qū),說明未發(fā)生應力腐蝕,能滿足該環(huán)境對材料耐應力腐蝕的要求；預制點蝕孔后在模擬羅家寨腐蝕環(huán)境中進行SSRT試驗,試樣呈韌斷向脆斷過渡方式斷裂,敏感性系數(shù)處于應力腐蝕危險區(qū)。因此,點蝕對應力腐蝕具有促進作用,可促使或加快應力腐蝕發(fā)生,在實際工程中應加強對點蝕的防護工作。
【關鍵詞】：國產(chǎn)超純鐵素體不銹鋼 點蝕 應力腐蝕 化學浸泡 電化學測試 電子結構計算
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG172.9;TG142.71
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 選題背景及目的意義9-10
• 1.2 超純鐵素體不銹鋼的研究動態(tài)10-14
• 1.2.1 超純鐵素體不銹鋼簡介10-12
• 1.2.2 超純鐵素體不銹鋼的耐蝕機理12-13
• 1.2.3 超純鐵素體不銹鋼的發(fā)展方向13-14
• 1.3 超純鐵素體不銹鋼的點蝕14-20
• 1.3.1 點蝕理論15-17
• 1.3.2 點蝕的影響因素17-18
• 1.3.3 點蝕的研究及評價方法18-20
• 1.4 研究內(nèi)容20-22
• 第2章 試驗材料組織成分及力學性能評價22-26
• 2.1 試驗材料的化學成分分析22
• 2.2 試驗材料的組織觀察22-23
• 2.2.1 試驗方法22
• 2.2.2 金相分析22-23
• 2.3 試驗材料的力學性能分析23-24
• 2.3.1 試驗方法23
• 2.3.2 強度測試分析23-24
• 2.3.3 硬度測試分析24
• 本章小結24-26
• 第3章 試驗材料抗點蝕基本性能評價26-31
• 3.1 臨界點蝕溫度(CPT)測試26-28
• 3.1.1 試驗方法26-27
• 3.1.2 CPT測試分析27-28
• 3.2 臨界點蝕電位測試28-29
• 3.2.1 試驗方法28
• 3.2.2 臨界點蝕電位分析28-29
• 3.3 試驗材料在酸性油氣田環(huán)境中的點蝕行為表觀統(tǒng)計分析29-30
• 3.3.1 試驗方法29
• 3.3.2 試驗結果與分析29-30
• 本章小結30-31
• 第4章 試驗材料的點蝕機理研究31-46
• 4.1 試驗方法31-32
• 4.1.1 試驗步驟31
• 4.1.2 試驗環(huán)境31-32
• 4.2 FeCl_3溶液浸泡試驗結果與分析32-34
• 4.2.1 宏觀表面腐蝕形貌觀察32-33
• 4.2.2 腐蝕速率分析33-34
• 4.3 交流阻抗譜測試結果及分析34-35
• 4.4 試驗材料點蝕孕育期分析35-37
• 4.4.1 點蝕孕育期SEM觀察35-36
• 4.4.2 點蝕孕育期XRD分析36-37
• 4.5 試驗材料點蝕發(fā)展期分析37-41
• 4.5.1 點蝕發(fā)展期SEM觀察37-38
• 4.5.2 點蝕發(fā)展期EDS分析38-40
• 4.5.3 點蝕發(fā)展期XRD分析40-41
• 4.6 試驗材料點蝕長大期分析41-45
• 4.6.1 點蝕長大期SEM觀察41-43
• 4.6.2 點蝕長大期EDS分析43-44
• 4.6.3 點蝕長大期XRD分析44-45
• 本章小結45-46
• 第5章 點蝕的敏感性影響因素研究46-66
• 5.1 試驗方法46-47
• 5.2 Cl~-濃度對試驗材料耐點蝕性的影響47-53
• 5.2.1 極化曲線測試分析47-49
• 5.2.2 循環(huán)極化曲線測試分析49-51
• 5.2.3 Mott-Schottky曲線測試分析51-53
• 5.2.4 Cl~-對試驗材料點蝕的影響及機理討論53
• 5.3 溫度對試驗材料耐點蝕性的影響53-60
• 5.3.1 極化曲線測試分析53-55
• 5.3.2 循環(huán)極化曲線測試分析55-57
• 5.3.3 Mott-Schottky曲線測試分析57-60
• 5.3.4 溫度對試驗材料點蝕的影響及機理討論60
• 5.4 合金元素對試驗材料耐點蝕性的影響60-63
• 5.4.1 Ni、Cu對試驗材料點蝕的影響及機理討論61-62
• 5.4.2 Cr對試驗材料點蝕的影響及機理討論62-63
• 5.5 試驗材料在工程環(huán)境中的點蝕敏感性研究63-64
• 5.5.1 極化曲線測試結果及分析63
• 5.5.2 Mott-Schottky曲線測試結果及分析63-64
• 5.5.3 分析與討論64
• 本章小結64-66
• 第6章 點蝕對應力腐蝕敏感性影響的研究66-75
• 6.1 點蝕擴展為應力腐蝕簡介66-67
• 6.2 試驗方法67-68
• 6.3 試樣制備觀察68
• 6.4 慢應變速率拉伸數(shù)據(jù)分析68-71
• 6.4.1 海酷-1號SSRT拉伸曲線分析68-70
• 6.4.2 �？�-2號SSRT拉伸曲線分析70-71
• 6.4.3 分析與討論71
• 6.5 斷口分析71-74
• 6.5.1 �？�-1號斷口分析71-72
• 6.5.2 海酷-2號斷口分析72-74
• 6.5.3 分析與討論74
• 本章小結74-75
• 第7章 總結75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果82

【參考文獻】

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本文編號：875557