基于脉冲离子渗氮的N80油管预氧化和后氧化技术研究

发布时间：2018-07-06 10:39

  本文选题：预氧化离子渗氮 + 离子渗氮+氧化　； 参考：《中国石油大学(华东)》2015年硕士论文

【摘要】：N80钢是油田油管的主要用材,在使用过程中存在与采出液和抽油杆的腐蚀磨损问题。离子渗氮技术一直以来是解决N80钢腐蚀磨损问题的常用方法,但离子渗氮主要存在的问题是渗氮速度慢、渗氮效果不佳。本文针对以上问题研究了在离子渗氮基础上增加预氧化和后氧化的离子渗氮复合处理工艺,研究预氧化和后氧化工艺参数对渗氮层组织的影响,通过对渗氮层金相组织分析、XRD分析、SEM观察、渗氮层显微硬度、渗氮层厚度、耐腐蚀性分析以及耐磨性分析,得出了最佳的预氧化离子渗氮工艺和最佳的离子渗氮后氧化工艺。采用正交试验方法研究预氧化工艺参数(预氧化温度、预氧化保温时间、氢氧比例和气流量)对渗氮层效果的影响。研究结果表明,影响渗氮层性能的主次因素分别是预氧化温度、氢氧比例、气流量和预氧化时间;最佳预氧化工艺参数是预氧化温度400℃,预氧化时间10min,气流量200ml/min和氢氧比6:1。预氧化起到催渗作用且试样渗氮层硬度和耐磨耐蚀性均得到提高。表面硬度最高达到了HV1270.2,渗氮层最厚达到了0.68mm,摩擦系数最小到0.498。经过预氧化后试样表面产生的Fe3O4和少量的Fe2O3氧化膜起到氮原子扩散通道的作用且氧化膜被还原后洁净的表面提高了活性氮原子的被吸附几率和吸附量,从而迅速向基体内部扩散达到催渗的作用。采用正交试验方法研究后氧化工艺参数(后氧化温度、后氧化保温时间和氢氧比例)对渗氮层效果的影响。由正交试验结果得离子渗氮+氧化的最佳后氧化处理工艺参数为在350℃、保温40min,氢氧比为6:1。后氧化处理提高了渗氮层的综合性能。渗氮层厚度最高达到了0.69mm,摩擦系数最小为0.621,腐蚀电流最小到1.263uA。渗氮层由Fe3O4相,γ’-Fe4N相,ε-Fe2-3N相和α相组成,表面的氧化膜Fe3O4的摩擦系数较低并且化学稳定性较高,因此试样的耐磨耐蚀性均有不同程度提高,同时氧化膜的反应生成过程氮原子继续向内部扩散使渗氮层厚度硬度不断提高。
[Abstract]:N80 steel is the main material used in oil field tubing. Ion nitriding technology has always been a common method to solve the problem of corrosion and wear of N80 steel, but the main problems of ion nitriding are slow nitriding speed and poor nitriding effect. In order to solve the above problems, the process of adding preoxidation and post-oxidation to the nitriding process was studied in this paper, and the effect of the process parameters of pre-oxidation and post-oxidation on the microstructure of nitriding layer was studied. By analyzing the microstructure of nitriding layer by XRD and SEM, the microhardness of nitriding layer, the thickness of nitriding layer, the corrosion resistance and wear resistance of nitriding layer, the optimum pre-oxidation ion nitriding process and the best post-ion nitriding process are obtained. The effects of pre-oxidation process parameters (pre-oxidation temperature, pre-oxidation time, hydrogen / oxygen ratio and gas flow rate) on the nitriding effect were studied by orthogonal test. The results show that the primary and secondary factors affecting the properties of nitriding layer are preoxidation temperature, hydrogen / oxygen ratio, gas flow rate and preoxidation time, and the optimum pre-oxidation process parameters are pre-oxidation temperature 400 鈩，

本文编号：2102510