表面机械研磨处理对X80管线钢低温渗铝的影响

论文摘要

在油气输送中,管线钢服役条件复杂,介质腐蚀比较严重,直接影响着管线钢的使用寿命,为了提高管线钢的抗腐蚀性能,本论文通过表面机械研磨处理(SMAT)技术在X80管线钢表面制备出一定厚度的纳米结构表层,同时在渗剂中加入锌,降低渗剂熔点,提高其润湿性,然后在此基础上进行低温渗铝。在600℃以下,利用OM、显微硬度,分析了SMAT工艺对X80管线钢表层微观结构的稳定性；利用SEM、EDS,分析了SMAT预处理对X80管线钢低温渗铝层形貌特征、元素分布、渗层深度的影响；利用电化学腐蚀测试方法,研究了SMAT工艺对X80管线钢原始试样及渗铝后试样抗腐蚀性能的影响；通过测试渗铝X80管线钢试样在高温氧化前后的质量变化,分析了渗剂配方对抗氧化性的影响；利用XRD,研究了SMAT预处理后,X80管线钢获得的低温渗铝层表层物相成分,确定了X80管线钢的低温渗铝工艺。研究结果表明：在600℃以下,X80管线钢试样表面纳米层结构稳定,SMAT预处理后再包埋渗铝,与直接包埋渗铝所得到的渗铝层相比,渗铝层表面形貌更平整、更致密、渗层更厚；抗腐蚀性能从弱到强依次为：X80管线钢原始试样、SMAT处理后不渗铝的X80管线钢试样、渗铝但没有SMAT处理的X80线管钢试样、SMAT预处理后再渗铝的X80线管钢试样；渗铝层具有抗高温氧化性,随着Zn含量减少,渗层抗氧化能力增强；温度在400℃～530℃时,Zn含量为84.4%以下时,渗铝层表层主要以Fe2Al5为主,Zn含量达到84.4%以上时,渗铝层表层主要由Fe2Al5相和FeAl相组成；渗铝层硬度均高于基体硬度,锌含量在9.5%以下时,渗层表面硬度约为800HV0.1,锌含量在9.5%～84.4%时,渗层表面约为770HV0.1,锌含量增加到84.4%以上时,渗层表面硬度约为750HVo.1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 管线钢
• 1.2.1 管线钢的发展趋势与现状
• 1.2.2 X80管线钢的研究现状
• 1.2.3 油气田管道防腐现状
• 1.3 表面机械研磨处理（SMAT）技术
• 1.4 其他表面纳米化技术简介
• 1.5 表面机械研磨处理（SMAT）对材料行为的影响
• 1.5.1 表面机械研磨处理（SMAT）对材料结构的影响
• 1.5.2 表面机械研磨处理（SMAT）对材料力学行为的影响
• 1.5.3 表面机械研磨处理（SMAT）对表面粗糙度的影响
• 1.5.4 表面机械研磨处理（SMAT）对材料抗腐蚀性能的影响
• 1.6 渗铝技术
• 1.6.1 渗铝技术的发展概况
• 1.6.2 渗铝的原理
• 1.6.3 传统渗铝工艺
• 1.6.4 粉末包埋渗铝的优缺点
• 1.6.5 表面机械研磨处理辅助渗铝机理
• 1.6.6 渗铝层组织抗高温氧化性机理
• 1.6.7 渗铝钢渗铝层的耐腐蚀机理
• 1.7 本课题研究的意义和内容
• 1.7.1 课题研究的意义
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 试验材料、设备及分析方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验基材
• 2.1.2 渗剂
• 2.2 试样制备
• 2.3 试验设备
• 2.3.1 表面纳米化试验机
• 2.3.2 渗铝罐的制备
• 2.4 试验工艺步骤
• 2.5 分析和测试方法
• 2.5.1 X射线衍射分析
• 2.5.2 光学显微镜分析
• 2.5.3 扫描电子显微镜分析
• 2.5.4 透射电镜
• 2.5.5 显微硬度测试
• 2.5.6 表面粗糙度测试
• 2.5.7 热稳定性
• 2.5.8 电化学腐蚀试验
• 第三章 SMAT对X80管线钢渗铝的影响
• 3.1 前言
• 3.2 X80管线钢表面变形层微观结构特征
• 3.2.1 X80管线钢组织观察
• 3.2.2 X80管线钢表面SMAT处理后横截面观察分析
• 3.2.3 表面粗糙度测试
• 3.2.4 退火稳定性比较
• 3.2.5 SMAT对显微硬度的影响
• 3.3 SMAT变形层微观结构对渗铝的影响
• 3.3.1 高温渗铝机理分析
• 3.3.2 低温渗铝机理分析
• 3.4 低温渗铝工艺研究
• 3.4.1 渗剂配方研究
• 3.4.2 温度对渗铝深度的影响
• 3.4.3 渗铝时间和锌含量对渗层的影响
• 3.4.4 SMAT对渗层深度的影响
• 3.4.5 SMAT与助渗剂Zn对渗铝过程的促进作用分析
• 3.4.6 渗铝机理分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 SMAT对X80管线钢组织及渗层性能的影响
• 4.1 渗层组织形貌特征
• 4.1.1 渗铝层的表面形貌
• 4.1.2 渗铝层的截面形貌
• 4.2 渗铝层元素组成及分布
• 4.2.1 渗铝层表面点能谱分析
• 4.2.2 渗铝层断面线能谱分析
• 4.2.3 渗铝层断面点能谱分析
• 4.3 渗铝层相成分分析
• 4.4 渗铝层硬度分析
• 4.5 电化学腐蚀试验
• 4.5.1 开路电位
• 4.5.2 腐蚀极化曲线测试
• 4.5.3 腐蚀形貌
• 4.5.4 渗铝层抗高温氧化性研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表论文
• 详细摘要