本文關(guān)鍵詞：高氮鋼表面S、H原子吸附計算及耐蝕性研究

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【摘要】：油氣田生產(chǎn)過程中設(shè)備面臨嚴重的腐蝕問題,目前常用鋼種在使用性、安全性以及經(jīng)濟性等方面均無法滿足油氣田苛刻環(huán)境的服役條件。高氮鋼(HNS)具有良好的耐局部腐蝕及應(yīng)力腐蝕的性能,且其綜合機械性能優(yōu)異,可以在保證經(jīng)濟性的情況下滿足油氣田生產(chǎn)過程中苛刻環(huán)境的要求,應(yīng)用前景廣闊。本文基于第一性原理計算方法,計算了S/H在摻N前后γ-Fe表面吸附的相關(guān)性能變化,分析摻N對S/H在γ-Fe(100)面吸附的影響。采用電化學(xué)測試方法,研究HNS在含Na_2S飽和CO_2溶液及多種離子共存腐蝕溶液中的腐蝕電化學(xué)行為,確定HNS的鈍化穩(wěn)定性和腐蝕規(guī)律,評價HNS在Cl~-/HCO_(3-)共存環(huán)境中的點蝕敏感性,為HNS在油氣田環(huán)境中的安全服役提供實驗基礎(chǔ)。第一性原理計算結(jié)果表明,向γ-Fe中添加N元素后,S在γ-Fe(100)面的吸附能增大,γ-Fe(100)面的態(tài)密度在高能量區(qū)域分布增多,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。摻N后H在γ-Fe表面的穩(wěn)定吸附位置由橋位變?yōu)槎次?且H在Fe(100)面洞位的吸附能明顯降低,增強了其在Fe(100)面的吸附穩(wěn)定性。HNS組織為單一奧氏體組織,晶粒均勻,無碳化物析出,耐蝕性較好。在含Na_2S的飽和CO_2腐蝕介質(zhì)中,HNS的維鈍電流為7.192×10-6A·cm-2,致鈍電位為-0.2047V,鈍化膜膜層電阻為69853Ω·cm2,且鈍化膜表面載流子密度最小鈍化穩(wěn)定性最好,耐蝕性最優(yōu),316L鋼次之,Cr13鋼最差。隨著Na_2S濃度的增大,HNS的點蝕電位下降,鈍化區(qū)間變窄,維鈍電流增大,鈍化膜層的電荷傳遞電阻減小,HNS鈍化穩(wěn)定性降低,耐蝕性變差。隨著溫度的升高,HNS的自腐蝕電位和點蝕電位均下降,維鈍電流增大,鈍化膜表面的載流子濃度也增大,且其電荷傳遞電阻和膜層電阻也降低,鈍化穩(wěn)定性下降。在Cl~-/HCO_(3-)共存環(huán)境中HNS的點蝕敏感性主要受Cl-和HCO3-兩種離子協(xié)同作用的影響,點蝕敏感性隨Cl-濃度的增加而增大,但在高HCO3-濃度的腐蝕環(huán)境中,HCO3-與Cl-發(fā)生競爭吸附,抑制Cl-的侵蝕作用,點蝕敏感性不受Cl-濃度變化的影響。在Cl-濃度低于0.025mol/L時,HCO3-濃度的增加會增大HNS的點蝕敏感性,在Cl-濃度較高時,HCO3-濃度的增加會抑制Cl-對HNS的侵蝕,減小HNS的點蝕敏感性。
【關(guān)鍵詞】：高氮鋼 第一性原理 點蝕 循環(huán)極化
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1;TE980.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 創(chuàng)新點摘要6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景9-12
• 1.1.1 CO_2腐蝕9-10
• 1.1.2 H_2S腐蝕10-12
• 1.2 高氮不銹鋼12-13
• 1.2.1 高氮不銹鋼性能12
• 1.2.2 高氮不銹鋼研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 第一性原理及其應(yīng)用13-15
• 1.4 課題的研究意義及內(nèi)容15-16
• 1.4.1 研究意義15
• 1.4.2 研究內(nèi)容15-16
• 第二章 S/H在高氮鋼表面吸附第一性原理計算16-30
• 2.1 密度泛函理論16-21
• 2.1.1 Thomas-Fermi模型和Hohenberg-kohn定理16-17
• 2.1.2 Kohn-Sham方程17-19
• 2.1.3 交換關(guān)聯(lián)泛函19-21
• 2.2 CASTEP模塊介紹21
• 2.3 計算方法及計算模型21-23
• 2.4 計算結(jié)果與分析23-29
• 2.4.1 S在摻N前后γ-Fe(100)表面的吸附能計算分析23-24
• 2.4.2 S吸附模型電子態(tài)密度分析24-26
• 2.4.3 H在摻N前后γ-Fe(100)表面的吸附能計算分析26
• 2.4.4 H吸附模型電子態(tài)密度分析26-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 高氮鋼在含S~(2-)飽和CO_2環(huán)境中腐蝕規(guī)律研究30-43
• 3.1 實驗方法30-31
• 3.1.1 金相試樣制備30
• 3.1.2 電化學(xué)測試裝置30-31
• 3.1.3 電化學(xué)測試內(nèi)容31
• 3.2 金相組織分析31-33
• 3.3 電化學(xué)測試結(jié)果分析33-41
• 3.3.1 不同鋼種耐蝕性能對比分析33-36
• 3.3.2 不同Na_2S濃度下高氮鋼的腐蝕規(guī)律36-39
• 3.3.3 不同溫度下高氮鋼的腐蝕規(guī)律39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第四章 高氮鋼在多種離子共存環(huán)境中點蝕敏感性研究43-51
• 4.1 電化學(xué)測試43-44
• 4.2 Cl~-/HCO_(3-)共存環(huán)境中高氮鋼電化學(xué)測試結(jié)果分析44-50
• 4.2.1 Cl~-/HCO_(3-)共存環(huán)境中高氮鋼的循環(huán)極化行為44-45
• 4.2.2 Cl~-/HCO_(3-)環(huán)境中Cl~-對高氮鋼點蝕敏感性的影響45-47
• 4.2.3 Cl~-/HCO_(3-)環(huán)境中HCO_(3-)對高氮鋼點蝕敏感性的影響47
• 4.2.4 Cl~-/HCO_(3-)環(huán)境中高氮鋼循環(huán)極化實驗后表面點蝕形貌47-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻52-56
• 發(fā)表文章目錄56-57
• 致謝57-58

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