形变退火后铁素体不锈钢的晶界组成及腐蚀特性

采用电子背散射和SEM技术研究了经85％冷轧的铁索体不锈钢在1000℃退火过程中晶粒组织、取向织构和晶界取向差的变化规律以及晶界的腐蚀特性.结果表明,退火初期晶粒长大不显著;当退火时间达到2h时,晶粒长大,平均晶粒尺寸达到65 μm,同时晶粒的{100} 织构明显增强,由此导致的小角度晶界比例提高.晶界腐蚀实验表明,小角度晶界具有较高的晶界腐蚀抗力.     

低铬油套管CO2/H2S腐蚀研究进展

介绍了低Cr油套管开发的工程背景。综述了低Cr油套管的耐CO_2/H2S腐蚀性能,详述了多种因素(如Cr含量、温度、p H值、流速等)对低Cr油套管在含甜性气体(仅含CO_2)环境中的腐蚀行为和腐蚀产物膜表面特征的影响,以及低Cr油套管在含酸性气体(H2S)环境中的腐蚀行为及其抗硫化物应力开裂(SSC)的性能。探寻了低Cr钢的抗CO_2腐蚀机理和H2S腐蚀机理。研究发现,低Cr钢因Cr元素能在产物膜中富集,形成非晶体化合物Cr(OH)3,腐蚀产物膜因此具有阳离子选择性,降低了腐蚀产物膜与金属基体界面处的阴离子浓度,抑制了阳极反应,进而提高了低Cr钢耐CO_2/H2S均匀腐蚀性能,同时也减少了Cl-在界面处团聚、形核的可能性,抑制了局部腐蚀,尤其是点蚀的发生。但是要想消除点蚀,钢基体中Cr元素的质量分数不应低于3%。另外,Cr元素在晶界及晶内以粒状碳化物析出并弥散分布,进一步增强了其抗SSC性能。简述了低Cr油套管的应用现状,最后对其发展前景进行了展望,利用钢的化学成分-工艺-组织-性能"四位一体"法得到的"经济型"低Cr抗CO_2/H2S腐蚀的油套管,是未来发展趋势的代表。     

放置角度对低碳微合金钢腐蚀行为的影响

研究了3种放置角度的低碳微合金钢在CO2腐蚀、盐雾腐蚀、海水腐蚀等3种腐蚀体系中的腐蚀行为。利用SEM、XRD对不同腐蚀环境中3种放置角度下形成的腐蚀产物膜的表面形貌、截面形貌以及物相结构进行了分析。结果表明,放置角度对低碳微合金钢在3种腐蚀体系中的腐蚀行为有显著影响,在CO2腐蚀体系中,90°放置试样腐蚀速率最大,180°放置试样腐蚀速率最小;在盐雾腐蚀体系中,0°放置试样腐蚀速率最大,180°放置试样腐蚀速率最小;在海水腐蚀体系中,0°和90°放置试样腐蚀速率相差不大,但明显大于180°放置试样的。不同放置角度的低碳微合金钢在同种腐蚀体系中产生的腐蚀产物膜的物相没有显著差别。     

3Cr管线钢CO_2腐蚀实验研究

用线性极化法(LPR)研究了3Cr管线钢在高温高压CO_2腐蚀环境下的腐蚀速率,利用电化学阻抗谱(EIS)结合SEM与EDS研究了腐蚀不同时间的腐蚀产物膜.利用EIS监测到腐蚀产物膜中出现二次富Cr程度低的内层膜,并对其进行了分析.结果表明,腐蚀产物膜分为向基体内部原位生长的非晶富Cr层与腐蚀后期在其上沉积的FeCO_3晶粒层两部分,腐蚀膜内含Cr化合物的不断富集和致密度的提高,是腐蚀速率持续下降的主因;含Cr化合物的成膜需要一定的Cr~(3+)浓度;由于3Cr管线钢的点蚀源处的局部腐蚀速率较快,导致Cr~(3+)局部富集成膜,使点蚀源内腐蚀产物膜Cr/Fe比远高于周围,从而抑制了蚀坑的发展.     

低铬X65管线钢CO2腐蚀产物膜的特征及形成机制

利用高温高压CO2腐蚀模拟实验以及ESEM,EDS,XPS和SEM等分析技术,研究了4种不同含Cr量的X65管线钢的腐蚀速率、腐蚀形态和腐蚀产物膜结构特征.结果表明:含Cr量高的钢平均腐蚀速率小,无Cr和含1%Cr的钢的腐蚀形态为局部腐蚀,含3%和5%Cr的钢的腐蚀形态为全面腐蚀.在高温高压CO2腐蚀环境中,含Cr钢的腐蚀产物膜为FleCO3和Cr(OH)3竞争沉积形成的多层结构,其中1Cr-X65和3Cr-X65的腐蚀膜具有3层结构,5Cr-X65的腐蚀膜是双层结构.Cr在腐蚀产物膜层中出现局部富集,远高于基体中的Cr含量.高含Cr量使腐蚀产物膜中的Cr(OH)3含量高,并提高了腐蚀膜的保护性能,从而引起腐蚀形态发生转变,腐蚀速率降低.FeCO3和Cr(OH)a共沉积层膜对低铬钢的抗CO2腐蚀性能具有关键的影响.     

3Cr钢和13Cr钢在高矿化度CO2环境中的腐蚀行为

为了预测油井管钢在高矿化度、含CO2的储层环境中可能发生的腐蚀,为该储层推荐在开发周期内安全经济的材质,采用高温高压反应釜研究了3Cr钢和13Cr钢在模拟储层环境中的腐蚀行为,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)分析了3Cr钢和13Cr钢的腐蚀产物膜特征.从腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌、横截面腐蚀试样形貌和腐蚀产物化学成分方面探讨了3Cr钢和13Cr钢在CO2环境中的腐蚀特征随温度和含水率的变化规律及反应时间对其的影响.结果表明,3Cr钢在CO2分压为0.2 MPa,Cl-含量139 552mg/L的环境中会发生极严重腐蚀,且试样表面产物膜在微观上分布不均匀,存在局部不完整;13Cr钢发生轻度腐蚀,在所测试样中未观测到点蚀,即3Cr钢不适用于该高矿化度CO2环境而13Cr钢能够满足要求.     

元素Nb对TiNbV微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性影响

利用焊接热模拟研究Nb元素含量对TiNbV微合金钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)组织和性能的影响. 低铌钢和高铌钢在经历焊接热循环后微观组织构成及晶粒尺寸有显著差异. Nb元素含量为0.005%时焊接CGHAZ组织为铁素体和针状铁素体以及珠光体,大角度晶界和小角度晶界的晶粒比例相当,焊接CGHAZ晶粒尺寸粗大不均匀. 随着Nb元素含量的增加,大角度晶界的晶粒数量有所增加,晶粒得到细化. 但是,针状铁素体形成受到抑制,CGHAZ中贝氏体含量增加. 微合金钢中贝氏体的形成对焊接CGHAZ冲击韧性的下降起主导作用,Nb元素的含量控制在合适范围内(~ 0.02%),才可以保证CGHAZ具有良好的冲击韧性.     

含Cr低合金钢的CO2腐蚀产物膜形成及机理研究进展

针对含Cr低合金钢石油专用管的CO₂腐蚀产物膜,介绍了CO₂腐蚀产物膜的形成机理,总结了含Cr低合金钢的CO₂腐蚀产物膜的影响因素,其中包括Cr含量、温度、CO₂分压、pH值、腐蚀时间、Cl^-浓度、流速等对其腐蚀产物膜的影响,并对腐蚀产物膜的结构与成分进行总结,归类了缓蚀剂对含Cr低合金钢石油专用管的保护办法,以期为今后含Cr低合金钢的CO₂腐蚀产物膜的研究提供借鉴。     

3Cr合金钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的初期腐蚀行为

采用挂片失重法、宏观形貌观察法、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对3Cr合金钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的初期腐蚀行为进行了研究。结果表明,3Cr合金钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的初期腐蚀为高温蒸汽中CO₂(酸性气体)与NH₃(碱性气体)相互耦合下的腐蚀,呈现出均匀腐蚀特征,表面腐蚀产物主要是FeCO₃。当10%<尿素溶液浓度≤20%时,随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物量越大,越加致密。当尿素溶液浓度≥30%时,随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物膜与金属基体的附着力越弱,甚至会大面积剥落。在尿素辅助蒸汽吞吐采出井井筒环境中,没有原油存在下,由于当尿素溶液浓度大于10%时,3Cr合金钢平均腐蚀速率大于油田腐蚀控制指标0.076 mm/a,不推荐使用。有原油存在下,30%浓度尿素溶液中3Cr合金钢的腐蚀速率大于0.076 mm/a,耐腐蚀性较差,不能满足采出井井筒腐蚀控制要求,也不推荐使用。但当加入原油后,3Cr合金钢的平均腐蚀速率比不加原油的有...     

X80管线钢焊接接头的组织对其超临界CO2腐蚀行为的影响

研究了X80管线钢焊接接头组织对其超临界CO₂腐蚀行为的影响。采用金相显微镜观察高温回火后X80管线钢焊接接头的不同区域(基材区、细晶热影响区、粗晶热影响区和焊缝区)的组织特征。采用扫描电镜(SEM)观察该焊接接头不同区域在含饱和水的超临界CO₂(40℃,10 MPa)气相环境中腐蚀后的形貌,并采用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀产物物相。结果表明：基材区和焊缝区主要由多种形式铁素体构成;细晶热影响区和粗晶热影响区组织为多种形式铁素体和珠光体;在含饱和水的超临界CO₂环境中焊接接头各区域都发生明显的CO₂腐蚀,花型碳酸亚铁腐蚀产物岛分散在致密腐蚀产物表面,且腐蚀产物膜下出现腐蚀坑;基材区、焊缝区、粗晶热影响区的M-A岛主要在晶界析出,故膜下局部腐蚀严重,而细晶热影响区的M-A岛在晶体内弥散析出且晶粒细小,故膜下局部腐蚀轻微。     

热处理工艺对7%Cr钢显微组织及耐蚀性能的影响

利用质量损失法和电化学方法测试了3种不同组织类型的7%Cr钢在CO₂环境中的腐蚀行为,并通过EBSD和SKPM手段从晶界和表面电势角度分析了组织类型引起的耐蚀性能差异原因。结果显示:7%Cr钢轧态组织为贝氏体+铁素体,淬火态组织为淬火马氏体,正火态组织为铁素体+少量珠光体。试验钢的耐蚀性能排序为淬火态＞正火态＞轧态,试验钢产物膜中Cr元素的富集程度及其极化曲线自腐蚀电位均与此规律相符,试样表面最大电势差与此规律相反。轧制试样两相间存在电势差,易于形成原电池;淬火试样中Cr元素可通过晶界快速扩散至腐蚀位置形成产物膜;正火试样游离态Cr元素较少且高比例的大角度晶界不利于其扩散至腐蚀界面。     

温度对X65和3%Cr管线钢CO2腐蚀行为的影响

利用高温高压反应釜对X65及新研制开发抗CO2腐蚀的含3%Cr低合金管线钢在不同温度下的CO2腐蚀行为进行研究。结果表明,X65管线钢腐蚀速率随温度升高呈先增大后减小的规律,在80℃附近达极大值,含3%Cr低合金管线钢的腐蚀速率随温度升高呈单调增加趋势。X65管线钢腐蚀产物膜以FeCO3晶体堆垛为主要特征,含3%Cr低合金管线钢腐蚀产物膜主要由FeCO3和Cr(OH)3组成,随温度升高腐蚀产物中的Cr含量显著提高,Fe含量明显下降。含3%Cr低合金管线钢表面形成的富Cr腐蚀产物膜结构致密无孔洞,显著降低均匀腐蚀速率和有效抑制局部腐蚀发生。     

Cl~-对690合金在高温高压水中腐蚀行为的影响

采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了Cl-对690合金在高温高压水中腐蚀行为的影响。研究表明:690合金内外表面状态对其腐蚀形貌有显著影响,Cl-使得表面形成的钝化膜不均匀,出现较多的点蚀坑。溶液中的Cl-能够影响腐蚀产物膜的结构。当溶液中不含有Cl-时,腐蚀产物膜为双层结构,外层腐蚀产物为颗粒状;当溶液中含有Cl-时,腐蚀产物膜具有单层结构。XRD结果表明:两种环境中的钝化膜产物主要由Cr2O3、NiFe2O4、NiO等氧化物组成,但含Cl-条件下的氧化物较少。     

含铬油套管钢材在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀规律

目的 研究不同含铬材质钢在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀行为，优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法 以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验，采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征，并建立高CO2与微量H2S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果 在高分压比条件下均发生了由CO2主导的腐蚀反应，腐蚀产物以FeCO3为主，加入微量H2S后低Cr材质产物膜的附着力较低，出现了疏松脱落现象，FeS优先成膜，含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象，膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.965 3、1.736 1、1.159 2 mm/a，均处于极严重程度，且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖，腐蚀较轻，13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖，未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂，应力腐蚀敏感性较低。结论 含铬钢具有良好的抗腐蚀性能，基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”，有效降低了防腐成本，研究结果对CO2和微量H2S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。     

690合金在含Pb高温高压水中的腐蚀产物膜

将690合金样品在高压釜内进行4400 h含高温高压水腐蚀试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)等研究690合金在含Pb高温高压水中形成的腐蚀产物膜,研究690合金在含Pb溶液中腐蚀产物膜的生长规模。结果表明:690合金在晶界处腐蚀较快,腐蚀形貌呈晶格网状;腐蚀产物膜中含有Pb呈外层富镍内层富铬的双层结构;腐蚀产物膜主要由Cr、NiFe、NiO等氧化物和Ni相组成;Pb掺杂于腐蚀产物膜,降低了腐蚀产物膜的保护性,增加了690合金的腐蚀速度。     

低Cr X70管线钢在多相流腐蚀环境中CO2腐蚀行为研究

利用高温高压反应釜模拟油田多相流腐蚀环境,对低CrX70管线钢CO<,2>腐蚀行为进行了研究.采用失重法计算腐蚀速率,利用SEM、EDS、XRD等手段观察和分析了腐蚀产物膜的形貌、结构和成分.结果表明:随着腐蚀环境温度的升高,X70管线钢平均腐蚀速率和点蚀速率的变化趋势均是先增大后减小,在60℃时平均腐蚀速率达到最大值,而在90℃时点蚀速率达到最大值;基体中的Cr容易生成Cr<,2>O<,3>在金属表面沉积,可以有效阻碍阴离子穿透腐蚀产物膜到达金属表面,大大减少Cl-导致的点蚀;随着环境温度的升高,FeCO<,3>在腐蚀产物膜中占的比例也随温度的升高而增加.     

CO_2驱采出井井下附件材料的腐蚀评价与优选

采用高温高压动态循环腐蚀试验,研究了35CrMo钢、42CrMo钢、3Cr13不锈钢、45号钢、304L不锈钢、316L不锈钢等6种材料在温度为30~65℃,压力为2 MPa,液相介质流速为1.2m/s的CO_2驱采出井环境中的腐蚀规律。采用扫描电子显微镜(SEM)和附带能谱仪(EDS)对腐蚀产物的形貌和成分进行了表征。结果表明:在本试验环境中,304L和316L不锈钢均未发生腐蚀;3Cr13不锈钢受到轻微CO_2腐蚀,腐蚀速率低于行业标准要求的0.076mm/a,其他材料的腐蚀速率均偏大,其在CO_2驱油田采出井环境中的腐蚀速率由大到小为:45号钢42CrMo钢35CrMo钢。合金中的Cr含量较低时(0~9%),随着Cr含量的升高,含Cr合金的耐CO_2腐蚀性增强;环境温度为30~65℃时,随着温度的升高,合金的腐蚀速率增大,这与腐蚀产物膜的生长情况有关。     

热处理过程中690合金热轧棒材显微组织演变

采用不同热处理工艺对热轧态690合金棒材进行处理,研究了合金的晶粒长大倾向,分析了晶粒尺寸对碳化物析出及晶界区域化学成分演变的影响。结果表明:690合金晶粒尺寸均随着固溶温度升高而增大。TT处理对合金晶粒尺寸的影响不明显。晶粒尺寸较大的690合金晶界碳化物较为连续,碳化物粗大、间距小、呈细条状,晶内含有少量的颗粒状碳化物;细小晶粒的合金晶界碳化物尺寸细小、间距大、呈颗粒状,晶粒内碳化物数量增加。随碳化物沿晶界析出,晶界区域Cr、Ni和Fe含量发生变化。与大晶粒尺寸的合金相比,小晶粒的690合金晶界最低Cr浓度增加,贫Cr区宽度明显减小。     

不同温度下H2S/CO2腐蚀产物膜对T95套管腐蚀行为的影响

目的探究不同温度下H_2S/CO_2腐蚀产物膜对T95钢腐蚀行为的影响。方法将T95油管钢切割成15 mm×10 mm×3 mm的规格,表面经抛光打磨后,利用千分尺测量具体尺寸,用AR2140电子天平称量。试片分别垂直置于上支架与下支架,下支架平稳放入釜底,而后加入模拟地层水,确保实验介质浸没下支架试样而不与上部挂片试样接触。在气密性良好的基础上连续2 h通入N_2除氧,而后顺序通入H_2S、CO_2和N_2,并升温升压至实验要求。72 h后将试样从气、液相中取出,分别取样采用电子显微镜观察腐蚀产物膜的微观形态,并利用X射线能谱仪分析腐蚀产物膜的成分,并计算去除腐蚀产物后试样在气相/液相中的腐蚀速率。结果 T95试件在H_2S/CO_2的液相环境中的腐蚀速率整体比气相环境大,这可能是因为液相腐蚀产物膜较气相腐蚀产物膜疏松。温度对H_2S/CO_2腐蚀产物膜的形成具有重要影响,随着温度的升高,H_2S/CO_2腐蚀产物膜逐渐变厚,但成膜效果变差,高温下的腐蚀产物膜具有一定保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。T95钢腐蚀产物膜的主要成分是FexSy系列化合物和FeCO_3,同时还形成Cr(OH)_3和Cr_2O_3非晶态产物,这些产物起到了阻隔阴离子穿透腐蚀产物膜的作用,使与金属基体界面接触的阴离子溶度降低,抑制了金属基体的阳极反应而减小腐蚀速率。而形成的腐蚀产物膜,造成界面反应的时间常数和Rt值明显增大,一定程度上阻碍腐蚀的继续发展。结论温度对H_2S/CO_2腐蚀产物膜的形成具有重要影响,H_2S/CO_2腐蚀产物膜随着温度的升高逐渐变厚,但成膜效果变差,温度大于120℃时,腐蚀产物膜具有一定的保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。     

弯曲形变及热处理对纯镍N6焊缝晶界特征分布及腐蚀行为的影响

对纯镍N6等离子弧焊缝进行“U”形弯曲形变及热处理加工,借助电子背散射衍射（EBSD）和取向成像显微技术（OIM）对比分析Non-GBE、GBE样品晶界特征分布(GBCD)及对腐蚀行为的影响。结果表明：焊缝经“U”形弯曲形变+900℃退火10min后,低ΣCSL晶界比例提高到54.1%,并形成具有Σ3n取向关系的大尺寸晶粒团簇;退火过程中再结晶形核点增加,晶粒尺寸下降到146 um。GBE样品耐蚀性高于Non-GBE样品,GBE样品（0.2113 A·m-2）自腐蚀电流密小于Non-GBE样品（0.8138 A·m-2）,且GBE样品的容抗弧半径、阻抗模值|Z|、相位角θ均大于对应Non-GBE样品。两种样品表面均发生了点蚀,腐蚀行为概括为：腐蚀初期,C1-破坏样品表面局部区域钝化膜形成点蚀坑。随浸泡时间延长,阳极金属附近Ni2+浓度达到饱和或过饱和状态,Ni2+与膜层中结合水反应生成Ni(OH)2,部分Ni(OH)2脱水分解为NiO,组成的腐蚀产物膜沉积在样品表面,阻止Cl-穿过腐蚀产物渗透到样品表面,点蚀受到控制。