典型石油石化用低合金钢湿H2S应力腐蚀行为研究

论文摘要

石油天然气储运、石油炼制加工及其它相关工业的机械和设备,广泛选用低合金钢制作,一般都处于湿H2S腐蚀环境中。近年来随着我国石油深度开采和中东进口石油量的增加,由湿H2S引起的低合金钢应力腐蚀开裂问题愈加突出,成为相关生产部门、科研机构研究和解决的重要课题,由于应力腐蚀开裂影响因素的复杂性,需要开展进一步的深入研究和探讨。本文选取三种典型石油、石化用低合金钢材料（换热器管束用钢08Cr2AlMo、输油输气管线用钢X70、压力容器用钢16MnR）作为实验研究对象。采用慢应变速率拉伸腐蚀实验研究08Cr2AlMo钢、X70钢母材及其焊接接头湿H2S应力腐蚀开裂;采用电化学腐蚀测试方法研究16MnR钢湿H2S应力腐蚀开裂;对16MnR钢焊接接头表面纳米复合化学镀层和表面纳米复合电镀层在湿H2S环境中抗应力腐蚀破坏进行实验研究。在研究过程中借助于金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、电化学工作站等先进测试技术,进行微观组织、成分、形貌的观察与测试;同时应用数理统计、回归分析等数学方法及计算机技术进行量化和模拟处理,建立了相应的数学模型。本文主要研究结果如下:1.运用均匀设计法,对08Cr2AlMo钢、X70钢母材及其焊接接头在具有不同H2S浓度、Cl-浓度、pH值和温度等介质参数的湿H2S腐蚀环境中进行慢应变速率拉伸腐蚀实验,通过扫描电镜分析试样断口的微观形貌,定性确定其应力腐蚀敏感性,并根据实验结果计算在各实验环境下的应力腐蚀敏感指数。运用回归分析软件,建立08Cr2AlMo钢、X70钢母材及其焊接接头各自应力腐蚀敏感指数与实验介质参数（H2S浓度、Cl-浓度、pH值和温度）之间关系的交互型数学模型。2.X70钢母材和焊接接头的慢应变速率拉伸腐蚀实验结果显示,X70钢焊接接头的应力腐蚀敏感性高于母材,且断裂部位均发生在热影响区或焊缝区,表明X70钢焊接接头对应力腐蚀比母材更敏感,为研究管线钢H2S应力腐蚀开裂提供一个重要的观测点。3.通过动电位快慢扫描技术,测试16MnR钢在不同H2S浓度、Cl-浓度、pH值、温度时的极化曲线,研究H2S浓度、Cl-浓度、pH值、温度不同时,16MnR钢的电化学腐蚀行为;针对16MnR钢在不同湿H2S环境下的应力腐蚀敏感电位区间,建立了16MnR钢在各种影响因素下的安全运行图。4.测试16MnR钢在不同应力、应变作用下的电化学极化曲线,研究不同慢应变速率拉伸条件下的应力、应变对16MnR钢在湿H2S环境中极化曲线的影响;研究外加电位对16MnR钢的应力-应变曲线及敏感性影响,进而判断16MnR钢发生湿H2S应力腐蚀开裂的可能性及相关机理。5.通过实验优选纳米复合化学镀和纳米复合电镀的最佳工艺配方,研究各因素对镀层中纳米TiO2含量、沉积速度和镀层密度的影响,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对表面纳米化处理前后的样品组织结构形貌进行表征;通过恒载荷拉伸实验,研究16MnR钢焊接接头经表面纳米复合化学镀和表面纳米复合电镀后的试样抗湿H2S应力腐蚀性能。研究结果表明:纳米复合化学镀层的抗湿H2S应力腐蚀性能是普通化学镀层的1.7倍,纳米复合电镀层抗湿H2S应力腐蚀性能是普通电镀层的1.5倍,纳米复合化学镀抗湿H2S应力腐蚀性能优于纳米复合电镀。本文为纳米复合化学镀和纳米复合电镀在湿H2S环境下运行设备上的应用提供了科学依据。作者认为,针对低合金钢进行的上述研究工作,以及获得的规律性认识,对于解决湿H2S环境下运行设备的应力腐蚀开裂问题,提供了很好的科学依据,具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的工程背景和意义
• 1.2 应力腐蚀开裂概论
• 1.2.1 应力腐蚀开裂的定义
• 1.2.2 应力腐蚀开裂的特征
• 1.2.3 应力腐蚀开裂机理
• 1.2.4 应力腐蚀实验方法研究
• 1.2.5 应力腐蚀预防措施研究
• 2S 环境应力腐蚀开裂国内外研究现状'>1.3 湿H₂S 环境应力腐蚀开裂国内外研究现状
• 2S 环境的定义'>1.3.1 湿H₂S 环境的定义
• 2S 环境应力腐蚀开裂机理研究'>1.3.2 湿H₂S 环境应力腐蚀开裂机理研究
• 2S 环境应力腐蚀开裂的影响因素研究'>1.3.3 湿H₂S 环境应力腐蚀开裂的影响因素研究
• 2S 环境应力腐蚀开裂敏感性条件及安全评估与寿命预测技术研究'>1.3.4 湿H₂S 环境应力腐蚀开裂敏感性条件及安全评估与寿命预测技术研究
• 1.3.5 减缓应力腐蚀开裂延长设备使用寿命方法的研究
• 1.4 论文的研究思路及主要工作
• 2S 环境中的应力腐蚀实验研究'>第二章 08CR2A1MO 钢在湿H₂S 环境中的应力腐蚀实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法与装置
• 2.2.1 慢应变速率拉伸实验
• 2.2.2 应变速率的确定
• 2.2.3 应力腐蚀敏感性的表征
• 2.2.4 实验装置
• 2.3 实验设计和实验步骤
• 2.3.1 试样
• 2.3.2 实验溶液的配制
• 2.3.3 实验设计
• 2.3.4 实验步骤
• 2.4 实验结果和讨论
• 2.4.1 08Cr2AlMo 钢慢应变速率拉伸应力腐蚀实验结果
• 2.4.2 08Cr2AlMo 钢在不同环境介质中的慢应变速率拉伸曲线图
• 2.4.3 应力腐蚀敏感指数与介质参数变化规律
• 2.4.4 试样断口的微观形貌及分析
• 2.4.5 结果分析和讨论
• 2.5 本章小节
• 2S 环境中的应力腐蚀实验研究'>第三章 X70 钢及其焊接接头在湿H₂S 环境中的应力腐蚀实验研究
• 3.1 引言
• 2S 环境中的慢应变速率拉伸实验'>3.2 X70 钢母材在湿H₂S 环境中的慢应变速率拉伸实验
• 3.2.1 实验材料和试样制备
• 3.2.2 实验设计
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.4 实验结果
• 2S 环境中的慢应变速率拉伸实验'>3.3 X70 钢焊接接头在湿H₂S 环境中的慢应变速率拉伸实验
• 3.3.1 实验材料和试样制备
• 3.3.2 实验设计和实验过程
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 结果分析和讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 应力腐蚀敏感指数回归分析
• 4.1 引言
• 4.1.1 一对多线性回归分析的数学模型
• 4.1.2 回归方程的显著性检验
• 4.1.3 回归系数的显著性检验
• 4.2 均匀设计实验回归分析
• 4.2.1 均匀设计实验结果
• 4.2.2 均匀设计实验结果逐步回归分析
• 2S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果'>4.2.3 08Cr2AlMo 钢在湿H₂S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果
• 2S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果'>4.2.4 X70 钢在湿H₂S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果
• 2S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果'>4.2.5 X70 钢焊接接头在湿H₂S 环境中的应力腐蚀敏感指数回归分析结果
• 4.3 本章小节
• 2S 环境中应力腐蚀电化学研究'>第五章 16MnR 钢在湿H₂S 环境中应力腐蚀电化学研究
• 5.1 引言
• 5.2 动电位扫描极化曲线测试
• 5.2.1 实验条件
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.3 动电位快慢扫描极化曲线实验结果
• 2S 环境中的应力腐蚀电化学研究'>5.3 16MnR 钢在湿H₂S 环境中的应力腐蚀电化学研究
• 5.3.1 实验条件
• 5.3.2 实验过程
• 2S 环境中的典型阳极极化曲线'>5.3.3 16MnR 钢在湿H₂S 环境中的典型阳极极化曲线
• 5.3.4 动电位慢扫描极化曲线测试结果
• 2S 环境中的应力腐蚀电化学研究'>5.4 不同应力、应变及外加电位对16MnR 钢在湿H₂S 环境中的应力腐蚀电化学研究
• 5.4.1 实验条件
• 5.4.2 实验过程
• 5.4.3 16MnR 钢在不同应力和应变速率下的极化曲线测试
• 5.4.4 外加电位对16MnR 钢的应力-应变曲线及敏感性影响
• 5.5 本章小结
• 2S 应力腐蚀性能研究'>第六章 16MnR 钢焊接接头表面纳米化及抗湿H₂S 应力腐蚀性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 16MnR 钢焊接接头表面纳米复合化学镀层制备
• 6.2.1 实验设备、材料
• 6.2.2 实验工艺
• 6.2.3 实验过程
• 6.2.4 实验结果分析
• 2 复合化学镀层形貌及组织分析'>6.2.5 16MnR 钢焊接接头表面Ni-P-纳米TiO₂复合化学镀层形貌及组织分析
• 6.3 16MnR 钢焊接接头表面纳米复合电镀层制备
• 6.3.1 实验原理
• 6.3.2 实验设备、仪器
• 6.3.3 实验过程
• 6.3.4 实验结果分析
• 2 复合电镀层形貌及组织分析'>6.3.5 16MnR 钢焊接接头表面Ni-纳米TiO₂复合电镀层形貌及组织分析
• 6.4 恒载荷拉伸应力腐蚀实验
• 6.4.1 实验设备、溶液及试样
• 6.4.2 实验过程
• 6.4.3 实验结果及分析
• 6.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 个人简历
• 详细摘要