超声滚压处理用于集输管线钢表面防护的可行性预研
发布时间：2021-07-21 09:57
在原油开采生产过程中,集输管线内普遍存在的腐蚀、生垢、结蜡等表面问题是长期困扰世界石油工业的难题。然而,新兴发展的超声表面滚压处理（Ultrasonic surface rolling process,USRP）技术为这一管线钢表面难题的化解提供了新选项,为检验USRP技术是否具有在管线钢表面构建良好耐蚀、防蜡、阻垢效果的可行性,研究选择A3碳钢与316L不锈钢为对象,利用表面完整性表征、失重腐蚀、电化学测试、阻垢与防蜡试验等测试手段,系统地考察了这一表面技术对两类管线钢的表面完整性影响及这一处理与耐蚀、阻垢、防蜡性能的关联变化关系,为A3碳钢及316L不锈钢表面耐蚀、阻垢、防蜡性能提高探明了方向和应用可能。结果表明:（1）采用USRP处理后,在A3碳钢与316L不锈钢表面形成了厚度约50～55μm的塑性变形层,且加工表层晶粒发生纳米细化。与A3碳钢基材相比,USRP-A3试样的表面显微硬度提高了60%,表面粗糙度降低了77.44%,且在表层产生了-463MPa的残余压应力;而USRP-316L试样的显微硬度较其基材提高50%,表面粗糙度降低了96.85%,同时产生的表面残余压应力达-...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声表面滚压处理示意图[68]
西安建筑科技大学硕士论文13（2）X射线衍射借助XRD-7000S型X射线衍射仪，测定不同样品的XRD衍射谱线，并使用Jade6.0软件计算USRP试样的平均晶粒尺寸。具体表征方法：将经USRP加工的试样表面切取厚度为1mm的薄片，并进行超声波清洗，然后将USRP加工表面作为X射线照射面。主要参数为：Co靶，扫描范围40°~120°。2.2.2硬度测试显微硬度的测试可分为两步：①USRP加工试样表面硬度的测定；②USRP试样剖面硬度的测定。测试前，需要将线切割所得到的试样抛光、清洗，然后便可用于显微硬度测定。实验采用MHV-1000显微硬度计测量USRP处理后试样表面及剖面的显微硬度，如图2.1所示。图2.1MHV-1000显微硬度计Fig.2.1MHV-1000microhardnesstester显微硬度测试的具体过程：首先，将硬度计通电启动，设置施加载荷为0.245N，加载时间为20s。然后，将预先抛光清洗的试样放置于载物台上，并使其稳定不动。接着，通过目镜初步观察试样剖面的情况，并根据画面的清晰程度来进行调整，直至能对剖面能进行清晰观测为止。随之，把金刚石压头瞄准观察试样，启动测试。最后，硬度数值将通过微机计算后将显示在硬度计的屏幕上。值得注意的是，USRP加工使得材料表层附近的硬度变化梯度较大，故而在进行硬度测量时，需要将压痕之间的距离保持在5~10μm内，并均匀取点，保证测量数据的有效性。另外，在压痕的同一位置深度处进行3次测量，最后取其平均值，
西安建筑科技大学硕士论文14以便测量值更具有代表性与准确性。2.2.3表面粗糙度测试表面粗糙度通常是指由试样表面的峰、谷和间距等所组成的微观几何结构，它是机械加工中的主要测量参数之一，将直接影响材料的使用性能和寿命[91]。采用TR-300型表面粗糙度测试仪（北京时代测控技术有限公司，中国北京）对USRP加工前后的试样进行表面粗糙度的测定（图2.2），每个样品取三处不同位置测量，并计算出平均值。该设备为智能化计量仪器，基本工作原理如下：首先，在驱动机构的作用下，传感器沿被测工件表面运动。在整个运动过程中，粗糙度计中的触针垂直作用于工作表面，并随着工作表面的不均匀轮廓上下移动。最后，通过传感器将这些位移变化转化为电变化，然后对电信号进行放大、滤波并通过模数转换器实现向数字信号的转换，再通过中央处理器处理，计算并显示试样的轮廓算术平均偏差(Ra)值。图2.2TR-300表面粗糙度测试仪Fig.2.2TR-300surfaceroughnesstester2.2.4残余应力测试在实际用中，人们经常通过测量和控制试样的残余应力来监测和提高材料的性能以及使用寿命。目前，人们常用无损检测法对材料的残余应力进行检测。其中，常用的无损检测方法有超声波法、磁性法和X射线衍射法等[92]。实验采用X射线衍射法，所用仪器为XStress3000型X射线应力分析仪（SAST，芬兰），分别对USRP加工前后的316L不锈钢与A3碳钢试样采用固定法，开展表层残余压力检测试验。主要技术参数为：Co靶，测试深度10~20μm，2θ角范围117°~170°，φ角范围-45°~45°，管压20kV。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声滚压18CrNiMo7-6齿轮钢表面变质层性能分析[J]. 刘治华,张天增,杨孟俭,戴骐隆,张银霞. 郑州大学学报(工学版). 2020(02)
[2]金属材料超声滚压表面强化的研究进展[J]. 李光晖,林有希,蔡建国. 工具技术. 2020(01)
[3]超声加工滚压力对钛合金表层特性的影响[J]. 李凤琴,赵波. 表面技术. 2019(10)
[4]石油天然气管道成膜型缓蚀剂研究进展[J]. 李继勇. 油田化学. 2019(03)
[5]超声滚压20CrMnTi纳米化表面对局部腐蚀萌生行为的影响[J]. 张胜博,向嵩,成桃,石维. 表面技术. 2019(08)
[6]中国新能源产业发展存在的问题与对策探析[J]. 李芳. 中国市场. 2019(20)
[7]7050铝合金高速二维超声滚压对表面质量的影响[J]. 郑建新,刘宏伟,蒋书祥,任元超. 金属热处理. 2019(06)
[8]Multifunctional anti-wax coatings for paraffin control in oil pipelines[J]. Jie Bai,Xu Jin,Jun-Tao Wu. Petroleum Science. 2019(03)
[9]采油集输管线结垢及腐蚀机理分析[J]. 罗贤银,张光洲,孙玉才. 石化技术. 2019(04)
[10]油田地面建设设备安装以及集输管道施工技术[J]. 郑何程. 石化技术. 2019(04)
博士论文
[1]油田集输管线腐蚀机理及防护涂层研究[D]. 李平.哈尔滨工程大学 2019
[2]地热水吸附除垢及干热岩地热换热器涂层的防腐防垢性能研究[D]. 宋军超.天津大学 2015
[3]低碳钢表面含硼层的制备及相关电化学研究[D]. 蒋继波.上海大学 2013
硕士论文
[1]超声表面机械滚压处理对6061铝合金及其搅拌摩擦焊接头疲劳行为影响[D]. 袁建梁.太原理工大学 2019
[2]超声滚压对GCr15材料的表面性能影响[D]. 刘森忠.南昌大学 2019
[3]奥氏体不锈钢表面超声滚压强化加工技术及其表面完整性研究[D]. 许国峰.齐鲁工业大学 2018
[4]690合金钝化膜半导体性能与腐蚀电化学行为研究[D]. 马睿.山东大学 2017
[5]Ni-P化学镀改性换热表面阻垢特性试验研究[D]. 叶朝曦.华东理工大学 2014
[6]超声滚压装置设计与工艺研究[D]. 张旭.中南大学 2014
[7]超声表面强烈塑性变形对管线钢电化学行为的影响[D]. 周胜男.中国石油大学（华东） 2013
[8]基于LPC936便携式表面粗糙度测量仪的研制[D]. 徐涛.电子科技大学 2012
[9]超声表面纳米化对低合金钢摩擦磨损性能研究[D]. 王伟.中国石油大学 2011
本文编号：3294808
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声表面滚压处理示意图[68]
西安建筑科技大学硕士论文13（2）X射线衍射借助XRD-7000S型X射线衍射仪，测定不同样品的XRD衍射谱线，并使用Jade6.0软件计算USRP试样的平均晶粒尺寸。具体表征方法：将经USRP加工的试样表面切取厚度为1mm的薄片，并进行超声波清洗，然后将USRP加工表面作为X射线照射面。主要参数为：Co靶，扫描范围40°~120°。2.2.2硬度测试显微硬度的测试可分为两步：①USRP加工试样表面硬度的测定；②USRP试样剖面硬度的测定。测试前，需要将线切割所得到的试样抛光、清洗，然后便可用于显微硬度测定。实验采用MHV-1000显微硬度计测量USRP处理后试样表面及剖面的显微硬度，如图2.1所示。图2.1MHV-1000显微硬度计Fig.2.1MHV-1000microhardnesstester显微硬度测试的具体过程：首先，将硬度计通电启动，设置施加载荷为0.245N，加载时间为20s。然后，将预先抛光清洗的试样放置于载物台上，并使其稳定不动。接着，通过目镜初步观察试样剖面的情况，并根据画面的清晰程度来进行调整，直至能对剖面能进行清晰观测为止。随之，把金刚石压头瞄准观察试样，启动测试。最后，硬度数值将通过微机计算后将显示在硬度计的屏幕上。值得注意的是，USRP加工使得材料表层附近的硬度变化梯度较大，故而在进行硬度测量时，需要将压痕之间的距离保持在5~10μm内，并均匀取点，保证测量数据的有效性。另外，在压痕的同一位置深度处进行3次测量，最后取其平均值，
西安建筑科技大学硕士论文14以便测量值更具有代表性与准确性。2.2.3表面粗糙度测试表面粗糙度通常是指由试样表面的峰、谷和间距等所组成的微观几何结构，它是机械加工中的主要测量参数之一，将直接影响材料的使用性能和寿命[91]。采用TR-300型表面粗糙度测试仪（北京时代测控技术有限公司，中国北京）对USRP加工前后的试样进行表面粗糙度的测定（图2.2），每个样品取三处不同位置测量，并计算出平均值。该设备为智能化计量仪器，基本工作原理如下：首先，在驱动机构的作用下，传感器沿被测工件表面运动。在整个运动过程中，粗糙度计中的触针垂直作用于工作表面，并随着工作表面的不均匀轮廓上下移动。最后，通过传感器将这些位移变化转化为电变化，然后对电信号进行放大、滤波并通过模数转换器实现向数字信号的转换，再通过中央处理器处理，计算并显示试样的轮廓算术平均偏差(Ra)值。图2.2TR-300表面粗糙度测试仪Fig.2.2TR-300surfaceroughnesstester2.2.4残余应力测试在实际用中，人们经常通过测量和控制试样的残余应力来监测和提高材料的性能以及使用寿命。目前，人们常用无损检测法对材料的残余应力进行检测。其中，常用的无损检测方法有超声波法、磁性法和X射线衍射法等[92]。实验采用X射线衍射法，所用仪器为XStress3000型X射线应力分析仪（SAST，芬兰），分别对USRP加工前后的316L不锈钢与A3碳钢试样采用固定法，开展表层残余压力检测试验。主要技术参数为：Co靶，测试深度10~20μm，2θ角范围117°~170°，φ角范围-45°~45°，管压20kV。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声滚压18CrNiMo7-6齿轮钢表面变质层性能分析[J]. 刘治华,张天增,杨孟俭,戴骐隆,张银霞. 郑州大学学报(工学版). 2020(02)
[2]金属材料超声滚压表面强化的研究进展[J]. 李光晖,林有希,蔡建国. 工具技术. 2020(01)
[3]超声加工滚压力对钛合金表层特性的影响[J]. 李凤琴,赵波. 表面技术. 2019(10)
[4]石油天然气管道成膜型缓蚀剂研究进展[J]. 李继勇. 油田化学. 2019(03)
[5]超声滚压20CrMnTi纳米化表面对局部腐蚀萌生行为的影响[J]. 张胜博,向嵩,成桃,石维. 表面技术. 2019(08)
[6]中国新能源产业发展存在的问题与对策探析[J]. 李芳. 中国市场. 2019(20)
[7]7050铝合金高速二维超声滚压对表面质量的影响[J]. 郑建新,刘宏伟,蒋书祥,任元超. 金属热处理. 2019(06)
[8]Multifunctional anti-wax coatings for paraffin control in oil pipelines[J]. Jie Bai,Xu Jin,Jun-Tao Wu. Petroleum Science. 2019(03)
[9]采油集输管线结垢及腐蚀机理分析[J]. 罗贤银,张光洲,孙玉才. 石化技术. 2019(04)
[10]油田地面建设设备安装以及集输管道施工技术[J]. 郑何程. 石化技术. 2019(04)
博士论文
[1]油田集输管线腐蚀机理及防护涂层研究[D]. 李平.哈尔滨工程大学 2019
[2]地热水吸附除垢及干热岩地热换热器涂层的防腐防垢性能研究[D]. 宋军超.天津大学 2015
[3]低碳钢表面含硼层的制备及相关电化学研究[D]. 蒋继波.上海大学 2013
硕士论文
[1]超声表面机械滚压处理对6061铝合金及其搅拌摩擦焊接头疲劳行为影响[D]. 袁建梁.太原理工大学 2019
[2]超声滚压对GCr15材料的表面性能影响[D]. 刘森忠.南昌大学 2019
[3]奥氏体不锈钢表面超声滚压强化加工技术及其表面完整性研究[D]. 许国峰.齐鲁工业大学 2018
[4]690合金钝化膜半导体性能与腐蚀电化学行为研究[D]. 马睿.山东大学 2017
[5]Ni-P化学镀改性换热表面阻垢特性试验研究[D]. 叶朝曦.华东理工大学 2014
[6]超声滚压装置设计与工艺研究[D]. 张旭.中南大学 2014
[7]超声表面强烈塑性变形对管线钢电化学行为的影响[D]. 周胜男.中国石油大学（华东） 2013
[8]基于LPC936便携式表面粗糙度测量仪的研制[D]. 徐涛.电子科技大学 2012
[9]超声表面纳米化对低合金钢摩擦磨损性能研究[D]. 王伟.中国石油大学 2011
本文编号：3294808
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3294808.html
