2507超级双相不锈钢在超高温井下环境的抗腐蚀性能
发布时间：2021-12-01 23:27
本文通过对2507双相不锈钢在国内研究和应用调研的基础上,运用室内高温高压模拟腐蚀试验、电化学测试和理化性能分析,并辅以SEM、XPS、EDS等现代分析方法,对2507双相不锈钢在超高温环境的耐腐蚀性能进行研究。室内腐蚀失重试验结果表明,在CO2地层水环境中,2507双相不锈钢表现出优异的耐均匀腐蚀性能,随着温度的升高,腐蚀速率增大,均属于轻度腐蚀程度,同时2507双相不锈钢具有良好的抗CO2地层水SCC性能;在甲酸盐完井液环境中,2507双相不锈钢腐蚀速率在200℃时较低,属于轻度腐蚀,当温度超过200℃时,腐蚀速率急剧升高,达到重度腐蚀标准,并且随着温度的升高,腐蚀速率随之升高;在酸化完井全程实验中,2507双相不锈钢的耐蚀性较差,腐蚀速率属于极严重腐蚀范畴,随着温度的升高,腐蚀速率变化较小,通过模拟2507双相不锈钢在鲜酸腐蚀溶液实验,鲜酸在酸化完井全程实验中对2507的腐蚀最严重,超过了标准可接受范围。通过对2507双相不锈钢表面的腐蚀产物成分分析,表明2507双相不锈钢的钝化膜成分主要由Cr、Fe、Ni的化合物组成。在CO...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
507双相不锈钢金相显微组织
9表2-32507双相不锈钢的硬度测试结果材料硬度值HRC，四个象限，每个内外各打3个点2507检测象限检测部位1检测部位2检测部位3检测部位4Ⅰ外层34343434内层36363636Ⅱ外层35353535内层36363536Ⅲ外层34343434内层36363636Ⅳ外层35353435内层363636362.2试样的制备均匀腐蚀试样尺寸为50mm×10mm×3mm，经由320#、600#、800#1200#水砂纸打磨至表面粗糙度≤1.6μm，然后丙酮除油、酒精和蒸馏水清洗，最后测量尺寸和称重，要求尺寸误差不超过0.01mm，质量误差为0.1mg。电化学试样的测试面积为1.13cm2，厚度为3mm，试样用环氧树脂密封其非工作面，再用320#、600#、800#、1200#水砂纸逐级打磨工作面，经丙酮除油再用乙醇脱水烘干。应力腐蚀（SCC）采用C环试验法，C环SCC试样为3/4圆环，外表面保持原始表面状态，将外表面打磨，去除试样表面原始缺陷或氧化皮，表面光洁度为0.81μm。图2-2C环试样加载方式2.3失重法2.3.1试验条件及步骤（1）独立地层水CO2腐蚀试验依据油田实际工况，腐蚀试验温度选为180℃、200℃、220℃、240℃，温度条件依次对应的CO2分压分别为4.16MPa、4.48MPa、4.8MPa、5.12MPa，试验时间为360h。将试样用丙酮除油、酒精脱水、冷风吹干后用游标卡尺测量尺寸（精确到0.01mm），并用电子天平称重（精确到0.1mg）；将试样安装在特制的试验架上，保证相互绝缘，放入高压釜内的腐蚀介质中。通入高纯氮气2h进行除氧，然后，通入CO2升压升温到设计要求（饱和蒸汽压+CO2分压）。试验结束后清洗试样表面的腐蚀介质，再用无水酒
14（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-22507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样宏观样貌（清洗腐蚀产物前）（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-32507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样微观形貌（清洗腐蚀产物前）（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-42507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样微观形貌（清洗腐蚀产物后）3.2腐蚀产物成分分析采用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀试验后试样表面钝化膜进行能谱分析，分析图谱位置如图3-5所示，分析结果如表3-1所示，可知，Cr、Fe元素大量分布在试样表面，说明腐蚀产物膜主要由Cr、Fe等金属元素的化合物组成。钝化膜的组成是不锈钢耐蚀性能的关键，研究表明[33]，不锈钢表面Cr、Fe、Ni等元素的富集会显著提高钝化膜的稳定性和耐蚀性，其中Cr元素在腐蚀环境中形成Cr2O3等化合物能够有效的抑制CO2对材料的腐蚀。为进一步探究2507双相不锈钢在地层水CO2环境中钝化膜的成分及结构，50μm50μm50μm50μm50μm50μm50μm50μm
【参考文献】：
期刊论文
[1]锅炉水冷壁垢下碱性腐蚀及实例分析[J]. 关凤志,薛晓金. 冶金动力. 2019(07)
[2]NaCl溶液中介质流动及Cr元素对低合金钢腐蚀行为的影响[J]. 姜杉,柴锋,杨才福. 热加工工艺. 2019(02)
[3]双相不锈钢钝化膜组成和结构[J]. 王巍. 设备管理与维修. 2018(22)
[4]CO2渗入对C110管柱在甲酸盐完井液中腐蚀行为的影响[J]. 李渭亮,张慧娟,杜春朝,陈东波,张雷,路民旭. 材料保护. 2018(10)
[5]高温条件下几种耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能对比分析[J]. 吕祥鸿,梁伟,计玲,梁建军,谢俊峰,张春霞,赵国仙. 西安石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[6]高温高压CO2-Cl-共存体系下4种常用Cr钢和碳钢的腐蚀行为[J]. 张智,张泽霖,张怡然,张超,杨玉豪,黄亮,徐一龙. 材料保护. 2018(09)
[7]常见应力腐蚀标准试验方法对比及应用[J]. 党恒耀,张亚军,罗先甫,张文利. 理化检验(物理分册). 2018(09)
[8]2507双相不锈钢在SO2污染模拟海水中的腐蚀行为[J]. 朱敏,朱涛,陈明,郭绍义,袁永锋,俞高红,聂轮. 工程科学学报. 2018(05)
[9]重铬酸钾及相关化学性质的实验探究[J]. 张金恒,黄都,莫宇妃. 化学教学. 2017(07)
[10]不同材质油套管钢的CO2腐蚀行为[J]. 谢涛,林海,许杰,窦蓬,陈毅,刘海龙. 表面技术. 2017(01)
硕士论文
[1]304不锈钢在3.5% NaCl溶液中点蚀行为研究[D]. 王标.南昌航空大学 2019
[2]超级13Cr不锈钢油管在土酸酸化液中的腐蚀行为研究[D]. 赵志博.西安石油大学 2014
[3]酸化液对13Cr油管柱的腐蚀[D]. 张双双.西安石油大学 2014
[4]C、Si、Cr、Mo含量对2507铸造双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 张兴洪.哈尔滨理工大学 2014
[5]Ni、Mn、N对2507超级双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 朱岩.哈尔滨理工大学 2014
[6]镍基合金028材料在高含氯离子环境中的抗腐蚀性能[D]. 魏爱玲.西安石油大学 2011
[7]甲酸盐钻井液体系的应用[D]. 曾庆林.西安石油大学 2010
本文编号：3527260
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
507双相不锈钢金相显微组织
9表2-32507双相不锈钢的硬度测试结果材料硬度值HRC，四个象限，每个内外各打3个点2507检测象限检测部位1检测部位2检测部位3检测部位4Ⅰ外层34343434内层36363636Ⅱ外层35353535内层36363536Ⅲ外层34343434内层36363636Ⅳ外层35353435内层363636362.2试样的制备均匀腐蚀试样尺寸为50mm×10mm×3mm，经由320#、600#、800#1200#水砂纸打磨至表面粗糙度≤1.6μm，然后丙酮除油、酒精和蒸馏水清洗，最后测量尺寸和称重，要求尺寸误差不超过0.01mm，质量误差为0.1mg。电化学试样的测试面积为1.13cm2，厚度为3mm，试样用环氧树脂密封其非工作面，再用320#、600#、800#、1200#水砂纸逐级打磨工作面，经丙酮除油再用乙醇脱水烘干。应力腐蚀（SCC）采用C环试验法，C环SCC试样为3/4圆环，外表面保持原始表面状态，将外表面打磨，去除试样表面原始缺陷或氧化皮，表面光洁度为0.81μm。图2-2C环试样加载方式2.3失重法2.3.1试验条件及步骤（1）独立地层水CO2腐蚀试验依据油田实际工况，腐蚀试验温度选为180℃、200℃、220℃、240℃，温度条件依次对应的CO2分压分别为4.16MPa、4.48MPa、4.8MPa、5.12MPa，试验时间为360h。将试样用丙酮除油、酒精脱水、冷风吹干后用游标卡尺测量尺寸（精确到0.01mm），并用电子天平称重（精确到0.1mg）；将试样安装在特制的试验架上，保证相互绝缘，放入高压釜内的腐蚀介质中。通入高纯氮气2h进行除氧，然后，通入CO2升压升温到设计要求（饱和蒸汽压+CO2分压）。试验结束后清洗试样表面的腐蚀介质，再用无水酒
14（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-22507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样宏观样貌（清洗腐蚀产物前）（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-32507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样微观形貌（清洗腐蚀产物前）（a）180℃（b）200℃（c）220℃（d）240℃图3-42507双相不锈钢独立CO2地层水试验后试样微观形貌（清洗腐蚀产物后）3.2腐蚀产物成分分析采用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀试验后试样表面钝化膜进行能谱分析，分析图谱位置如图3-5所示，分析结果如表3-1所示，可知，Cr、Fe元素大量分布在试样表面，说明腐蚀产物膜主要由Cr、Fe等金属元素的化合物组成。钝化膜的组成是不锈钢耐蚀性能的关键，研究表明[33]，不锈钢表面Cr、Fe、Ni等元素的富集会显著提高钝化膜的稳定性和耐蚀性，其中Cr元素在腐蚀环境中形成Cr2O3等化合物能够有效的抑制CO2对材料的腐蚀。为进一步探究2507双相不锈钢在地层水CO2环境中钝化膜的成分及结构，50μm50μm50μm50μm50μm50μm50μm50μm
【参考文献】：
期刊论文
[1]锅炉水冷壁垢下碱性腐蚀及实例分析[J]. 关凤志,薛晓金. 冶金动力. 2019(07)
[2]NaCl溶液中介质流动及Cr元素对低合金钢腐蚀行为的影响[J]. 姜杉,柴锋,杨才福. 热加工工艺. 2019(02)
[3]双相不锈钢钝化膜组成和结构[J]. 王巍. 设备管理与维修. 2018(22)
[4]CO2渗入对C110管柱在甲酸盐完井液中腐蚀行为的影响[J]. 李渭亮,张慧娟,杜春朝,陈东波,张雷,路民旭. 材料保护. 2018(10)
[5]高温条件下几种耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能对比分析[J]. 吕祥鸿,梁伟,计玲,梁建军,谢俊峰,张春霞,赵国仙. 西安石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[6]高温高压CO2-Cl-共存体系下4种常用Cr钢和碳钢的腐蚀行为[J]. 张智,张泽霖,张怡然,张超,杨玉豪,黄亮,徐一龙. 材料保护. 2018(09)
[7]常见应力腐蚀标准试验方法对比及应用[J]. 党恒耀,张亚军,罗先甫,张文利. 理化检验(物理分册). 2018(09)
[8]2507双相不锈钢在SO2污染模拟海水中的腐蚀行为[J]. 朱敏,朱涛,陈明,郭绍义,袁永锋,俞高红,聂轮. 工程科学学报. 2018(05)
[9]重铬酸钾及相关化学性质的实验探究[J]. 张金恒,黄都,莫宇妃. 化学教学. 2017(07)
[10]不同材质油套管钢的CO2腐蚀行为[J]. 谢涛,林海,许杰,窦蓬,陈毅,刘海龙. 表面技术. 2017(01)
硕士论文
[1]304不锈钢在3.5% NaCl溶液中点蚀行为研究[D]. 王标.南昌航空大学 2019
[2]超级13Cr不锈钢油管在土酸酸化液中的腐蚀行为研究[D]. 赵志博.西安石油大学 2014
[3]酸化液对13Cr油管柱的腐蚀[D]. 张双双.西安石油大学 2014
[4]C、Si、Cr、Mo含量对2507铸造双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 张兴洪.哈尔滨理工大学 2014
[5]Ni、Mn、N对2507超级双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 朱岩.哈尔滨理工大学 2014
[6]镍基合金028材料在高含氯离子环境中的抗腐蚀性能[D]. 魏爱玲.西安石油大学 2011
[7]甲酸盐钻井液体系的应用[D]. 曾庆林.西安石油大学 2010
本文编号：3527260
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