表面纳米化渗氮对低合金钢耐CO2腐蚀性能研究

论文摘要

在石油天然气的开发和输送过程中,CO2腐蚀一直是一个难以解决的问题,不仅会对井下管柱,地面采、集、输设备会产生不同程度的腐蚀,而且容易造成油、套管的断裂,井口装置失效,集输管线爆破等事故。本文将表面纳米化技术与传统的气体渗氮技术相结合,在模拟CO2腐蚀环境下,低合金钢40Cr、35CrMo钢腐蚀试验,利用高温高压腐蚀失重法、SEM、TEM、XRD和电化学等技术分析不同的处理方法对材料性能及耐腐蚀性能的影响。研究表面纳米化对低合金钢渗氮效果及渗氮后耐腐蚀性能的影响,为解决CO2腐蚀问题找到一种可行的方法。结果表明:1.表面纳米化能有效改变材料的组织性能,经过超声表面加工处理后,40Cr、35CrMo钢表面形成了纳米结构表层,晶粒得到了很大程度的细化,晶粒达到了纳米量级;表面粗糙度显著降低,达到了纳米水平;表面硬度值也大大增加。2.表面纳米化对渗氮处理具有改善作用,能够明显增加渗氮层的厚度,提高渗氮层的硬度值,获得相同渗氮层厚度时,纳米化能降低渗氮时间。3.表面纳米化对于低合金钢渗氮后的耐CO2腐蚀性能有改善作用,纳米化后渗氮处理的平均腐蚀速率远小于纳米化前试样的腐蚀速率。从宏观形貌上看35CrMo、40Cr渗氮后表面形成了一层致密的腐蚀产物膜,其晶体晶粒细小,排列也较为规则,孔隙率小。表面纳米化渗氮后腐蚀产物膜更加致密,能有效阻止腐蚀介质与基体金属表面的接触,提高耐腐蚀性能。4.表面纳米化能够改变腐蚀产物膜的组成成分。经能谱和XRD分析测定,表面纳米化前外层腐蚀产物膜主要由FeCO3构成,表面纳米化后外层腐蚀产物膜主要由Cr2O3和FeCO3构成。这种致密、完整的腐蚀产物膜具有一定的阴离子选择性,能有效地阻隔腐蚀介质与材料接触、降低材料的腐蚀速率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 腐蚀防护措施的研究现状
• 1.3 金属材料的表面纳米化
• 1.3.1 实现材料表面纳米化途径
• 1.3.2 表面纳米化对材料性能的影响
• 1.3.3 表面纳米化的应用前景
• 1.4 气体渗氮技术
• 1.4.1 气体渗氮基本理论
• 1.4.2 渗氮层的形成过程
• 1.4.3 速渗氮技术的研究现状
• 1.5 课题的研究意义和内容
• 1.6 实验的技术路线
• 第2章 超声滚压加工原理与试验
• 2.1 试验设备
• 2.2 加工原理
• 2.3 参数选择
• 2.4 加工处理实施过程
• 2.5 试验材料及试验参数
• 2.5.1 实验材料准备
• 2.5.2 选定加工工艺参数
• 2.5.3 分析与测试方法及设备
• 2.6 试验结果及分析
• 2.6.1 40Cr、35CrMo 微观结构分析
• 2.6.2 表面纳米晶组织的形成过程
• 2.6.3 表面粗糙度分析
• 2.6.4 表面显微硬度分析
• 2.7 小结
• 第3章 低合金钢气体渗氮实验研究
• 3.1 气体渗氮过程
• 3.1.1 工艺参数
• 3.1.2 渗氮设备
• 3.1.3 试样准备
• 3.1.4 渗氮过程控制
• 3.2 渗氮后耐蚀性测试
• 3.2.1 测试设备与方法
• 3.2.2 实验结果及分析
• 3.3 表面纳米化对气体渗氮的影响
• 3.3.1 金相组织分析
• 3.3.2 渗氮层硬度分析
• 3.4 小结
• 2腐蚀模拟试验'>第4章 高温高压 C0₂腐蚀模拟试验
• 2的腐蚀机理'>4.1 C0₂的腐蚀机理
• 2腐蚀的影响因素'>4.2 C0₂腐蚀的影响因素
• 2腐蚀试验'>4.3 高温高压C0₂腐蚀试验
• 4.3.1 试验设备
• 4.3.2 试样的准备
• 4.3.3 试验条件
• 4.3.4 试验过程
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 腐蚀失重试验结果
• 4.4.2 表面腐蚀宏观形貌
• 4.4.3 腐蚀产物膜的SEM 及能谱分析
• 4.4.4 表面腐蚀产物XRD 分析
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢