35CrMo钢在CO2饱和溶液中的腐蚀行为研究

论文摘要

本文选用石油钻采工具常用的35CrMo钢经调质处理后,采用模拟油田采出水的CO2饱和溶液在静态高温高压釜中进行CO2分压为0.5～2MPa、温度为30-120℃、时间为10h～72h的腐蚀失重实验和腐蚀电化学实验研究,结合AFM、SEM、XRD等微观分析手段对35CrMo钢腐蚀速率、腐蚀产物腐蚀形貌以及局部腐蚀初始状态进行了系统的研究与分析,同时采用SSRT试验研究CO2分压对35CrMo钢应力腐蚀开裂（SCC）的影响以及采用余氏理论计算35CrMo钢发生CO2氢脆时的价电子改变,结果表明：（1）在实验规定的压力和温度范围内35CrMo钢的静态腐蚀速度随温度的升高先升高后下降,在90℃时腐蚀速度最大；随着CO2分压的增大而增大,在2MPa时腐蚀速度最大；由扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析可知：90℃时腐蚀产物的主要成分是FeCO3,Fe3C等；120℃时试样表面的腐蚀产物膜成分中除了开始出现的FeCO3和Fe3C以外,还有（Ca,Mg）CO3等复合的产物相共同形成了比较厚的腐蚀产物膜（2）在CO2分压为2MPa、温度为90℃的条件下进行35CrMo钢在溶液不同腐蚀时间（10h、16h、32h、48h、72h）的静态腐蚀实验和微观分析,结果表明：35CrMo钢的腐蚀速度随着反应时间的延长,腐蚀速度逐渐增大,到32h时腐蚀速度最大,随后腐蚀速度开始下降；通过相应时间点的SEM形貌观察可知：腐蚀初期试样表面逐渐形成了点蚀坑,加速了试样的腐蚀,随着时间的延长,试样表面开始逐渐形成了腐蚀产物膜,35CrMo钢的最初腐蚀是由局部腐蚀造成的；（3） 35CrMo钢在模拟油田采出水的CO2饱和溶液中的电化学AFM原位观察以及XRD分析表明：35CrMo钢在溶液中发生局部腐蚀突变的电位在-518mV--503mV之间,局部腐蚀类型为晶间腐蚀,这是由于Cr和C在试样表面扩散速度不一样使晶界成为贫Cr区,贫Cr区与基体形成了腐蚀原电池；（4） 35CrMo钢的CO2应力腐蚀开裂试验表明：CO2腐蚀对35CrMo钢的机械性能有一定的影响,CO2分压的增大促进了35CrMo钢脆性断裂倾向；（5）通过余氏理论计算35CrMo钢引入H前后的价电子结构参数及其变化可知：氢原子进入晶格之后形成了氢键,引起晶格的各向异性,从而导致材料各种性能发生了变化；合金元素的相互作用较之氢与其的作用更为强烈,合金元素起到了主导作用,使氢进入后引起的作用减小,使35CrMo钢氢致脆化倾向减弱,阻止了材料脆化的加剧。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 2腐蚀的研究动态'>1.2 国内外关于CO₂腐蚀的研究动态
• 2腐蚀机理'>1.2.1 CO₂腐蚀机理
• 2腐蚀类型'>1.2.2 CO₂腐蚀类型
• 2腐蚀影响因素'>1.2.3 CO₂腐蚀影响因素
• 2腐蚀与防护措施'>1.2.4 CO₂腐蚀与防护措施
• 1.3 选题的目的与意义
• 1.4 论依据
• 2腐蚀理论'>1.4.1 CO₂腐蚀理论
• 1.4.2 金属的电化学腐蚀理论
• 1.4.3 腐蚀速率的评定方法
• 1.4.4 慢应变速率法（SSRT）研究应力腐蚀理论
• 1.4.5 固体与分子经验电子理论
• 1.5 研究方法及内容
• 2腐蚀实验'>第2章 35CrMo钢的CO₂腐蚀实验
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验条件
• 2.4 实验介质
• 2.5 实验方法
• 2腐蚀失重结果与讨论'>2.6 35CrMo钢的CO₂腐蚀失重结果与讨论
• 2腐蚀失重规律'>2.6.1 35CrMo钢的CO₂腐蚀失重规律
• 2腐蚀产物组织结构分析'>2.6.2 35CrMo钢的CO₂腐蚀产物组织结构分析
• 本章小节
• 2腐蚀的电化学AFM原位观察研究'>第3章 35CrMo钢CO₂腐蚀的电化学AFM原位观察研究
• 3.1 引言
• 3.2 电化学AFM原位实验
• 3.2.1 试验设备
• 3.2.2 试样的准备
• 2条件下的腐蚀电化学实验介质'>3.2.3 含CO₂条件下的腐蚀电化学实验介质
• 3.2.4 电化学AFM原位实验步骤
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 35CrMo钢的金相结构分析
• 3.3.2 电化学极化曲线分析
• 3.3.3 腐蚀过程中的AFM原位观察
• 3.3.4 腐蚀过程中试样表面的XRD分析
• 本章小节
• 2对35CrMo钢应力腐蚀的影响研究'>第4章 CO₂对35CrMo钢应力腐蚀的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料
• 4.3 实验设备
• 4.4 实验条件
• 4.5 实验方法
• 4.6 SSRT试验结果与讨论
• 4.7 断口形貌观察与分析
• 本章小节
• 2腐蚀氢脆的价电子结构计算'>第5章 35CrMo钢CO₂腐蚀氢脆的价电子结构计算
• 5.1 35CrMo钢化学成分与组织结构
• 5.2 晶体结构参数确定
• 5.3 价电子结构计算单元
• 5.3.1 不含氢35CrMo钢的计算单元
• 5.3.2 含氢35CrMo钢计算单元
• 5.4 价电子结构计算模型
• 5.4.1 a-Fe晶胞的计算模型
• 5.4.2 Fe-H晶胞的计算模型
• x晶胞的计算模型'>5.4.3 Fe-M^x晶胞的计算模型
• x-H晶胞的计算模型'>5.4.4 Fe-M^x-H晶胞的计算模型
• 5.4.5 Fe-C晶胞的计算模型
• 5.4.6 Fe-C-H晶胞的计算模型
• x晶胞的计算模型'>5.4.7 Fe-C-M^x晶胞的计算模型
• x-H晶胞的计算模型'>5.4.8 Fe-C-M^x-H晶胞的计算模型
• x-M^y晶胞的计算模型'>5.4.9 Fe-C-M^x-M^y晶胞的计算模型
• x-M^y-H晶胞的计算模型'>5.4.10 Fe-C-M^x-M^y-H晶胞的计算模型
• 5.5 计算结果及分析
• 5.5.1 计算结果
• 5.5.2 分析
• 本章小节
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果