Fe-B合金在锌液中冲刷与腐蚀的交互作用

为研究锌液对热镀锌设备关键部件的冲刷与腐蚀交互作用,设计超强耐锌液腐蚀材料,利用自主研制的锌液腐蚀磨损试验机进行了相应的实验,并采用扫描电镜(SEM)观察了冲刷-腐蚀试样的界面形貌,以研究Fe-3.5B合金在流动锌液中的冲刷与腐蚀交互作用规律。结果表明:流动锌液造成的总冲蚀速率和纯腐蚀率随腐蚀时间延长而下降。在相同时间下,总冲蚀速率远高于纯腐蚀速率,而纯冲刷速率则变化较小;流动锌液的冲刷加速了界面产物的移除,同时腐蚀粗化了界面并强烈促进冲刷,使冲刷与腐蚀产生交互作用;在冲刷-腐蚀初期,剧烈的腐蚀促进冲刷,但随冲刷-腐蚀时间的延长,界面前沿的Fe2B对流动锌液的阻挡导致腐蚀强度下降,使交互作用减弱。     

碳钢CO2腐蚀产物膜生长行为研究

利用高温高压CO2腐蚀模拟试验、微观形貌观察和电化学测试研究了16Mn钢腐蚀行为随时间的变化,探讨腐蚀产物膜形成过程。随腐蚀时间延长,16Mn钢均匀腐蚀速率减小,腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强。随腐蚀时间延长,有膜覆盖的16Mn腐蚀电流密度减小,极化电阻增加。腐蚀初期的电化学阻抗谱呈现3个时间常数,随时间延长,中低频区感抗弧逐渐消失,完整的腐蚀产物膜覆盖金属表面而对电化学反应过程产生影响。     

超级13Cr钢在液固两相流体中的冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响。研究结果表明,冲蚀时间在90~120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加。研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考。     

超级13Cr钢液固两相流体冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因.利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响.研究结果表明,冲蚀时间在90～120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加.研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考.     

重晶石对金属表面冲蚀作用研究

采用高速旋转冲蚀的方法评价了重晶石对金属表面的冲蚀效果,考查了剪切速度、剪切时间以及加重剂含量对冲蚀速率的影响规律。利用粒度分析仪、扫描电镜以及表面形貌仪研究了重晶石对金属表面的冲蚀作用机理。研究发现,冲蚀速率受冲蚀流速、作用时间、重晶石粒径大小及其含量的影响明显,冲蚀时间越短、流速越大、重晶石粒径越大、重晶石含量越高,冲蚀速率越高。     

多相高速流动环境中13Cr不锈钢冲刷腐蚀特性

以油井管13Cr不锈钢为研究对象,基于分离变量法控制实验参数,利用高速气固射流实验装置,测量冲刷速率;在2%NaCl射流液体中,测量材料表面电化学腐蚀速率;在2%NaCl液固两相流中,测量冲刷腐蚀速率。分别对3种实验中的试样进行表征,根据结果对材料冲刷与腐蚀间的相互作用进行讨论。结果表明随着溶液流速的增加,13Cr不锈钢的腐蚀速率增大,材料表面出现点蚀坑;颗粒冲刷速度的增大显著加速材料的损失,使材料表面出现片状划痕;在液固两相流动溶液中,冲刷速率远大于电化学腐蚀速率,并且两者相互促进,材料表面同时出现点蚀坑和片状划痕。     

湿硫磺颗粒的腐蚀行为及材质选择

实验通过试片悬挂转动的方法来模拟现场水造粒硫磺成型过程,采用失重腐蚀速率、扫描电镜观察,能谱进行表征,研究了温度、位置因素对316L和20#钢在水造粒硫磺颗粒成型过程中的腐蚀规律特征。实验分析结果表明:316L在水造粒硫磺颗粒成型过程中抗腐蚀性能良好,失重腐蚀速率介于0.000 8 mm/a和0.007 0 mm/a之间。材质表面腐蚀产物较少,主要为氧化铁。20#钢在整个过程中腐蚀严重,失重腐蚀速率远远超出了含硫气田腐蚀控制标准0.075 mm/a,试片表面至少形成两层腐蚀产物膜,主要为氧化铁和硫化亚铁,高温和冲刷会加快腐蚀速率。通过模拟实验结果建议在现场硫磺颗粒成型过程中316L材质可长期使用,对使用20#钢的设备管线应尽早更换,并定期进行监测,确保生产装置的安全。     

流动海水中铜镍合金管材的冲刷腐蚀行为

在自制的模拟人工海水管材冲刷腐蚀试验机上进行冲刷腐蚀试验,研究了B10铜镍合金管材在流动人工海水中的冲刷腐蚀行为。研究结果表明:当冲刷时间相同时,B10铜镍合金管材腐蚀速率随着水流速度的增加而变大,当模拟海水的流速达到3.0 m/s后,腐蚀速率迅速增大且合金表面破坏严重,有蚀坑出现。流速不同时钝化膜形成时间不同,当模拟海水的流速为1.5 m/s时,B10铜镍合金管材初期的腐蚀速率高于后期,冲刷96 h后开始形成钝化膜;当模拟海水的流速为3.0 m/s时,腐蚀速率达到最大,并且B10铜镍合金管材在冲刷192 h后才开始形成钝化膜,但是钝化膜很不稳定,容易被破坏。     

油套管用钢P110的CO_2腐蚀动力学研究

利用高温高压腐蚀试验及电化学原位测量技术,并辅以SEM、EDS和XRD等微观分析手段研究了油套管用钢P110在CO2分压为2 MPa、温度为100℃的3.5%NaCl水溶液中的腐蚀失重、界面反应电化学特性、腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了油套管用钢CO2腐蚀动力学.研究结果表明:油套管用钢P110的CO2腐蚀产物为FeCO3;随腐蚀时间的延长及腐蚀产物膜的形成,平均腐蚀速率逐渐降低、趋势变缓,产物膜生长满足抛物线生长规律;腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强;不同腐蚀时间交流阻抗图谱(EIS)的拟合结果表明,极化电阻随着腐蚀时间增加逐渐增大,电极反应由最初的活化控制变为扩散控制.     

冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管冲蚀速率影响实验研究

利用自制的喷射式冲蚀实验装置,在胍胶压裂液与40/70目石英砂混合形成的液固两相流体中,研究了冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管冲蚀速率的影响。采用扫描电镜分析了冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管的冲蚀形貌的影响。实验结果表明,超级13Cr油管冲蚀速率随喷射速度的增大呈幂率关系增长。冲击角度为30°时超级13Cr油管的冲蚀速率最大,但幂指数较小;冲击角度为45°时,冲蚀速率居中,但幂指数最大;而冲击角度为90°时,冲蚀速率最低,幂指数最小。扫描电镜分析结果表明,在较小的冲击角度和较高的喷射速度下,石英砂颗粒对超级13Cr油管表面产生了较深的切削犁沟。而在较大的冲击角度和较高的喷射速度下,超级13Cr油管表面产生微裂纹,主要损伤机理为冲击锻打造成的材料挤压成片脱落。     

Erosion-corrosion and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube

We investigated erosion-corrosion(E-C) and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube in a loop system using array electrode technique, weight-loss measurement, computational-fluid-dynamics simulation, and surface characterization techniques.The results show that high E-C rates can occur at locations where there is a high flow velocity and/or a strong impact from sand particles, which results in different E-C rates at various locations.Consequently, it can be expected that localized corrosion often occurs in such segments.The E-C rate at each location in the expansion segment can be significantly mitigated with an imidazoline derivative inhibitor, as the resulting inhibitor layer significantly impedes the electrochemical reaction rate.However, we found that this inhibitor layer could not effectively reduce the difference in the erosion rates at different locations on the internal surface of the expansion segment.This means that localized corrosion can still occur at the expansion segment despite the presence of the inhibitor.     

Erosion-corrosion and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube

We investigated erosion-corrosion(E-C) and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube in a loop system using array electrode technique, weight-loss measurement, computational-fluid-dynamics simulation, and surface characterization techniques.The results show that high E-C rates can occur at locations where there is a high flow velocity and/or a strong impact from sand particles, which results in different E-C rates at various locations.Consequently, it can be expected that localized corrosion often occurs in such segments.The E-C rate at each location in the expansion segment can be significantly mitigated with an imidazoline derivative inhibitor, as the resulting inhibitor layer significantly impedes the electrochemical reaction rate.However, we found that this inhibitor layer could not effectively reduce the difference in the erosion rates at different locations on the internal surface of the expansion segment.This means that localized corrosion can still occur at the expansion segment despite the presence of the inhibitor.     

基于试验的天然气集输管道失效性机理分析

为分析天然气集输管道的腐蚀失效行为,确定集输管线腐蚀形貌特征与产物成分,查明其腐蚀失效特征、腐蚀类型及失效机理。管道失效性分析以试验研究为主要手段,通过表面宏观测量分析管道内壁的腐蚀部位及宏观特征,开展材料力学性能、显微硬度、化学成分、金相分析等试验检测管道材质。对腐蚀穿孔处取样,采用扫描电镜（SME）进行微观形貌分析,结合能谱分析(EDS)和X射线衍射（XRD）技术对腐蚀产物作进一步物相分析。结果表明：管样失效处基体化学成分和材料力学性能符合国家标准要求,金相组织正常。管道钢L245在高矿化度水环境下发生CO2腐蚀,形成疏松、多孔且带裂纹的簇状腐蚀产物,腐蚀产物主要成分为FeCO3和Fe2O4,腐蚀产物膜与金属基体结合强度低,流体介质冲刷发生剥离并加速金属溶解和腐蚀性物质扩散,形成具有自催化的电化学腐蚀。     

X70管线钢在酸性和近中性模拟海水溶液中的腐蚀行为

为对比X70管线钢在酸性(pH=3)和近中性(pH=7.7)模拟海水溶液中的腐蚀机制,采用极化曲线,通过电化学阻抗谱(EIS)和腐蚀失重实验对X70管线钢在不同模拟海水溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,X70管线钢在酸性溶液中浸泡168 h后腐蚀失重约为近中性模拟海水溶液中的16倍,大部分表面发生均匀腐蚀,局部形成以夹杂物为中心的腐蚀圆环,随着浸泡时间的延长,容抗弧半径和低频区阻抗值|Z|均呈增大趋势,先发生吸附而后出现微弱的扩散,电荷转移电阻R_ct值增大,腐蚀速率减小;近中性模拟海水中形成较厚的腐蚀产物膜,氯离子聚集破坏形成小点蚀坑,局部聚集形成大的点蚀,电荷转移电阻减小,腐蚀速率增大,而后趋于稳定;X70管线钢在模拟海水溶液中处于活性溶解状态,与酸性海水溶液相比,管线钢在近中性模拟溶液中自腐蚀电位E_corr正移137 mV,自腐蚀电流密度i_corr为酸性海水溶液中的0.047倍。因此,X70管线钢在酸性模拟海水溶液中的腐蚀规律可为其应用于海底管线的腐蚀控制提供理论支撑,对其安全服役具有十分重要的意义。     

碳钢在含Cl- 和SO42-碱性溶液中腐蚀规律的局部交流阻抗

 通过局部交流阻抗(LEIS)研究了碳钢在含Cl^-和SO₄^2-中性和碱性溶液中的腐蚀行为,并采用显微激光拉曼光谱技术进行了腐蚀产物的分析.研究结果表明,碳钢在中性和碱性溶液中均发生不同程度的腐蚀.在浸泡初期,碱性溶液中的腐蚀速率小于中性溶液中的腐蚀速率,碳钢表面在相对较短时间内形成γ-FeOOH腐蚀产物,起到较好的阻碍Cl^-和SO₄^2-阴离子侵蚀的作用.随着在溶液中浸泡时间的延长,由于Cl^-和SO₄^2-阴离子的侵蚀作用,以及在初期对基体起到保护作用的腐蚀产物膜的破损,导致平均阻抗值的降低.特别是在碱性溶液中起始阶段具有较高的平均阻抗值,但在浸泡过程中,其平均阻抗值快速地降低,表明溶液中的Cl^-和SO₄^2-阴离子对腐蚀产物膜的侵蚀作用将促进Q235碳钢的腐蚀发展.     

AZ91D镁合金植酸转化膜组成与耐蚀性能研究

采用一种环保型金属处理剂植酸对AZ91D镁台金进行化学转化处理,并通过电化学测试技术和化学浸泡方法考查其耐蚀性能．结果表明,经植酸处理后,与传统的铬酸盐制品相比,在室温模拟汗液中,AZ91D镁合金的腐蚀电位从-1．6V提高到-1．2V（SCE）;在相同电位下,阳极极化电流密度减小5个数量级,电化学性能得到显著改善．涂覆聚丙烯酸树脂后,在模拟汗液中浸泡72h没有观察到腐蚀迹泉．根据扫描电镜观察、电子能谱分析和衰减全反射红外光谱测试结果,发现植酸在镁台金表面发生化学吸附,以植酸盐的形式在合金表面形成一层致密的、具有网状裂纹的转化膜．该转化膜能够有效地阻止浸蚀性阴离子与金属基体接触,从而提高了镁合金的耐蚀性能．     

热采筛管冲蚀与腐蚀迭加作用机理

 利用高温高压反应釜进行冲蚀、腐蚀和冲蚀腐蚀迭加3 种条件下的多元热流体稠油热采防砂筛管损坏模拟实验,采用失重法获得3 种条件下筛管挡砂介质的腐蚀速率,434 金属棉在迭加条件下的腐蚀速率较纯冲蚀条件下提高了75 倍,较纯腐蚀条件下也提高了53%。采用宏观观察、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等方法对腐蚀试样进行宏微观分析,发现迭加条件下材质腐蚀程度均比单一条件下显著。结果表明,在迭加作用下筛管材质的腐蚀速率显著高于单纯冲蚀和单纯腐蚀条件。腐蚀作用对机体的损伤以及冲蚀作用对腐蚀保护膜的破坏两方面相互促进,导致筛管材质损伤程度的增加。     

超临界水中310-ODS钢表面氧化膜形成机制和性能

采用腐蚀增重方法研究310-ODS钢在600℃低溶氧的超临界水中的全面腐蚀敏感性,取样周期分别为100、300、600、1 000、1 500h,对试样表面氧化膜进行扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析.结果表明:310-ODS钢在浸泡早期(300h)已经在表面形成较为致密的氧化膜,腐蚀速率快速降低;氧化膜为双层结构,内层致密富Cr,外层多孔富Fe,随着浸泡时间的增加,内层变得均匀,外层变化不大.310-ODS钢在600℃超临界水中的氧化过程满足固态生长机制,晶界处的Y2O3改善了材料的耐腐蚀性能.     

咪唑啉型缓蚀剂的合成及其缓蚀行为

以椰油酸和二乙烯三胺为反应物、二甲苯为携水剂,制备了烷基咪唑啉类缓蚀剂,研究了该缓蚀剂的制备工艺、分子结构与在锅炉水系统的缓蚀性能的关系。结果表明,温度、反应时间和反应物比例是合成产率的关键因素,烷基咪唑啉衍生物在锅炉水中对碳钢的缓蚀率可达80%以上,缓蚀剂强烈地抑制了腐蚀的阳极溶解过程,对阴极去极化过程也有一定的抑制作用,可认为是碳钢的以阳极为主的混合性缓蚀剂。该缓蚀剂抑制腐蚀的原因是在碳钢表面缓蚀剂吸附成膜,有效阻挡了钢表面与水的接触。