国产超纯铁素体不锈钢在Cl~-环境下的点蚀行为研究

发布时间：2017-09-18 12:28

  本文关键词：国产超纯铁素体不锈钢在Cl~-环境下的点蚀行为研究

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【摘要】：针对在高含H2S和C1-的酸性油气田开发环境中,油套管钢存在应力腐蚀严重的问题,以及在该环境下钢材应力腐蚀起因多产生于点蚀坑的理论及工程现状,本论文开展了采用力学性能、耐腐蚀性能优异的海酷-1号、海酷-2号两种国产超纯铁素体不锈钢替代目前使用的G-3镍基合金的研究。本论文应用电化学工作站、SSRT、SEM、EDS、 XRD等现代物理化学测试手段,通过化学浸泡、电化学测试、慢应变速率拉伸测试和组织结构分析等试验方法,研究了两种钢材在C1-环境中的点蚀行为,并对其点蚀机理、点蚀敏感性影响因素、点蚀对应力腐蚀敏感性的影响进行了理论探讨,为国产超纯铁素体不锈钢在石油天然气工业领域的安全服役提供一定的理论指导。 在化学浸泡测试方面,对浸泡不同时间的试样进行SEM、EDS及XRD分析,确定两种材料的点蚀生长过程包括孕育期、发展期和长大期,通过测试结果对其点蚀机理进行探讨可知：点蚀孕育期由于Cl-富集产生贫Cr区而形成不均匀易溶解的钝化膜,在蚀孔边缘产生新的活化中心,新核生成导致铁基体加速脱落,是初期腐蚀速率大的主要原因；点蚀发展期,“自酸化催化效应”促进点蚀发展并形成不均匀的钝化膜；点蚀长大期,蚀孔边缘形成均匀稳定的钝化膜,腐蚀达到一个平衡态。 基于对两种材料点蚀机理的认识,本文通过电化学测试技术对其点蚀敏感性影响因素进行研究,分别测定不同C1-浓度、不同温度下的极化曲线、循环极化曲线及Mott-Schottky曲线。结果表明,随着Cl-浓度升高钢的耐点蚀性能降低,且在相同环境中海酷-1号钝化膜自修复能力优于海酷-2号、海酷-2号耐点蚀性能优于海酷-1号；随着温度升高钢的耐点蚀性能也降低,且在低于40℃时海酷-2号的耐点蚀性能与海酷一1号相当,可替代含Ni的海酷-1号用于易发生点蚀的环境中。此外,在模拟罗家寨腐蚀环境中进行电化学测试,结果表明两种材料在该环境下均形成较稳定、致密的钝化膜,能抵抗侵蚀性离子的介入。 为了研究点蚀对应力腐蚀敏感性的影响,设计了在空气中、未做处理在腐蚀液中、预制点蚀孔后在腐蚀液中进行慢应变速率拉伸试验,分析测定不同条件下的SSRT曲线及应力腐蚀敏感性系数,并对断口进行SEM检测。结果表明,海酷-1号、海酷-2号分别在空气中、在模拟罗家寨腐蚀环境中均发生韧性断裂,敏感性系数均处于应力腐蚀安全区,说明未发生应力腐蚀,能满足该环境对材料耐应力腐蚀的要求；预制点蚀孔后在模拟罗家寨腐蚀环境中进行SSRT试验,试样呈韧断向脆断过渡方式断裂,敏感性系数处于应力腐蚀危险区。因此,点蚀对应力腐蚀具有促进作用,可促使或加快应力腐蚀发生,在实际工程中应加强对点蚀的防护工作。
【关键词】：国产超纯铁素体不锈钢 点蚀 应力腐蚀 化学浸泡 电化学测试 电子结构计算
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG172.9;TG142.71
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 选题背景及目的意义9-10
• 1.2 超纯铁素体不锈钢的研究动态10-14
• 1.2.1 超纯铁素体不锈钢简介10-12
• 1.2.2 超纯铁素体不锈钢的耐蚀机理12-13
• 1.2.3 超纯铁素体不锈钢的发展方向13-14
• 1.3 超纯铁素体不锈钢的点蚀14-20
• 1.3.1 点蚀理论15-17
• 1.3.2 点蚀的影响因素17-18
• 1.3.3 点蚀的研究及评价方法18-20
• 1.4 研究内容20-22
• 第2章 试验材料组织成分及力学性能评价22-26
• 2.1 试验材料的化学成分分析22
• 2.2 试验材料的组织观察22-23
• 2.2.1 试验方法22
• 2.2.2 金相分析22-23
• 2.3 试验材料的力学性能分析23-24
• 2.3.1 试验方法23
• 2.3.2 强度测试分析23-24
• 2.3.3 硬度测试分析24
• 本章小结24-26
• 第3章 试验材料抗点蚀基本性能评价26-31
• 3.1 临界点蚀温度(CPT)测试26-28
• 3.1.1 试验方法26-27
• 3.1.2 CPT测试分析27-28
• 3.2 临界点蚀电位测试28-29
• 3.2.1 试验方法28
• 3.2.2 临界点蚀电位分析28-29
• 3.3 试验材料在酸性油气田环境中的点蚀行为表观统计分析29-30
• 3.3.1 试验方法29
• 3.3.2 试验结果与分析29-30
• 本章小结30-31
• 第4章 试验材料的点蚀机理研究31-46
• 4.1 试验方法31-32
• 4.1.1 试验步骤31
• 4.1.2 试验环境31-32
• 4.2 FeCl_3溶液浸泡试验结果与分析32-34
• 4.2.1 宏观表面腐蚀形貌观察32-33
• 4.2.2 腐蚀速率分析33-34
• 4.3 交流阻抗谱测试结果及分析34-35
• 4.4 试验材料点蚀孕育期分析35-37
• 4.4.1 点蚀孕育期SEM观察35-36
• 4.4.2 点蚀孕育期XRD分析36-37
• 4.5 试验材料点蚀发展期分析37-41
• 4.5.1 点蚀发展期SEM观察37-38
• 4.5.2 点蚀发展期EDS分析38-40
• 4.5.3 点蚀发展期XRD分析40-41
• 4.6 试验材料点蚀长大期分析41-45
• 4.6.1 点蚀长大期SEM观察41-43
• 4.6.2 点蚀长大期EDS分析43-44
• 4.6.3 点蚀长大期XRD分析44-45
• 本章小结45-46
• 第5章 点蚀的敏感性影响因素研究46-66
• 5.1 试验方法46-47
• 5.2 Cl~-浓度对试验材料耐点蚀性的影响47-53
• 5.2.1 极化曲线测试分析47-49
• 5.2.2 循环极化曲线测试分析49-51
• 5.2.3 Mott-Schottky曲线测试分析51-53
• 5.2.4 Cl~-对试验材料点蚀的影响及机理讨论53
• 5.3 温度对试验材料耐点蚀性的影响53-60
• 5.3.1 极化曲线测试分析53-55
• 5.3.2 循环极化曲线测试分析55-57
• 5.3.3 Mott-Schottky曲线测试分析57-60
• 5.3.4 温度对试验材料点蚀的影响及机理讨论60
• 5.4 合金元素对试验材料耐点蚀性的影响60-63
• 5.4.1 Ni、Cu对试验材料点蚀的影响及机理讨论61-62
• 5.4.2 Cr对试验材料点蚀的影响及机理讨论62-63
• 5.5 试验材料在工程环境中的点蚀敏感性研究63-64
• 5.5.1 极化曲线测试结果及分析63
• 5.5.2 Mott-Schottky曲线测试结果及分析63-64
• 5.5.3 分析与讨论64
• 本章小结64-66
• 第6章 点蚀对应力腐蚀敏感性影响的研究66-75
• 6.1 点蚀扩展为应力腐蚀简介66-67
• 6.2 试验方法67-68
• 6.3 试样制备观察68
• 6.4 慢应变速率拉伸数据分析68-71
• 6.4.1 海酷-1号SSRT拉伸曲线分析68-70
• 6.4.2 海酷-2号SSRT拉伸曲线分析70-71
• 6.4.3 分析与讨论71
• 6.5 断口分析71-74
• 6.5.1 海酷-1号断口分析71-72
• 6.5.2 海酷-2号断口分析72-74
• 6.5.3 分析与讨论74
• 本章小结74-75
• 第7章 总结75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：875557