高pH值完井液中超级13Cr油管的腐蚀失效及SCC机制

通过对某失效高压气井超级13Cr油管的开裂原因、腐蚀形貌、腐蚀产物及有限元分析,探讨超级13Cr油管在高pH值完井液的腐蚀失效及应力腐蚀开裂(SCC)机制。结果表明:超级13Cr油管在高pH值完井液中发生应力腐蚀开裂,裂纹大多起源于油管外壁局部腐蚀坑处,其扩展方式由最初的穿晶解理开裂转变为沿晶开裂;超级13Cr油管外壁发生明显的腐蚀,腐蚀产物层厚度随井深增加显著增大,由外到内依次为Ca_3(PO_4)_2沉积层、FeCr_2O_4高温氧化产物层及Fe_3O_4主要腐蚀产物层,其中Fe_3O_4腐蚀产物层出现较为明显的双向生长现象;超级13Cr油管在井下工况中的腐蚀机制为金属离子和氧离子在氧化膜和腐蚀产物膜中的反应扩散过程,其SCC开裂以阳极溶解机制为主,辅以膜致开裂机制,而疲劳载荷的存在促进了SCC裂纹的萌生和扩展。     

LBE腐蚀对316L纤维毡拉伸性能的影响

基于中国铅基研究堆CLEAR-Ⅰ高温运行环境,研究了过滤材料烧结316L纤维毡在氧浓度1×10~(-6) wt%、温度500℃、静态铅铋合金(lead bismuth eutectic,LBE)中腐蚀不同时间后拉伸性能的变化规律.结果表明,在腐蚀500h、1000h、1500h后,纤维毡的抗拉强度分别下降至原始纤维毡的67%、33%和15%,其主要原因是在本实验条件下,LBE腐蚀导致烧结结点结合强度的下降和纤维丝丝径的减小.微观结构分析表明,316L纤维丝表面形成一层不断增厚的致密(Fe,Cr)_3O_4尖晶石氧化膜,该氧化膜形成与生长降低了纤维丝之间结点的结合强度,同时减小了纤维丝的有效丝径,进而导致纤维毡整体抗拉强度的下降.     

680℃蒸汽下T91钢的氧化行为

采用热分析天平连续称重法对T91钢680 ℃水蒸气氧化动力学进行研究,用扫描电镜、X射线能谱仪和X-Ray物相分析仪对腐蚀产物的形貌、成分、物相等进行测定.结果表明:T91钢在氧化45 h后,其动力学曲线服从直线规律,氧化速率为0.189 g·m-2·h-1;氧化膜呈现明显三层结构,内层为致密富Cr的CrFe2O4无晶界层,中层存在大量柱状空洞贫Cr的以Fe3O4为主、CrFe2O4少量的尖晶石层,外层为Fe2O3无Cr的等轴状晶组织.     

超临界二氧化碳条件下3种典型耐热钢腐蚀特性实验研究

针对超临界电站锅炉蒸汽侧氧化皮剥落严重,主要研究了新型超临界二氧化碳动力系统高温部件材料腐蚀问题。选取典型耐热钢T91、TP347HFG和Sanicro 25为实验材料,在超临界二氧化碳腐蚀实验系统上进行650℃、15 MPa工况条件下500 h的腐蚀实验。腐蚀实验结束后,通过分析天平测得耐热钢腐蚀前后的质量变化;利用拉曼光谱仪、X射线衍射仪和辉光放电光谱仪对耐热钢表面腐蚀产物进行物相和成分表征以获得耐热钢的腐蚀行为。腐蚀质量增量结果表明,3种耐热钢的腐蚀动力学符合抛物线腐蚀规律,且T91腐蚀质量增量高于其他两种奥氏体耐热钢。微观表征结果显示,耐热钢T91表面腐蚀产物从二氧化碳/氧化物界面到基体依次为Fe_3O_4、(Fe,Cr)_3O_4和弥散于基体的碳化物,而奥氏体耐热钢腐蚀产物从气固界面到基体主要为Cr的氧化物、Mn和Si的氧化物和碳化物。耐热钢腐蚀产物表面观察到了碳的沉积现象。基于耐热钢表面的腐蚀产物,提出了利用腐蚀退化深度表征耐热钢的抗腐蚀性能。3种耐热钢的腐蚀退化深度从大到小依次为Sanicro 25、TP347HFG和T91。     

T91、S304及渗铝涂层在含硫含氯气氛中的高温腐蚀研究

采用粉末包埋法在耐热钢T91表面制备渗铝涂层并研究了T91、S304以及渗铝涂层在600℃和650℃下典型燃煤气氛4%HCl+2%SO_2+94%O_2中的腐蚀行为。结果显示耐热钢T91和S304合金在600℃和650℃下均受到了气氛中S和Cl的加速腐蚀。在2种温度下,低Cr含量的T91腐蚀时其表面均生成了外层富Fe内层富Cr的不具有保护性的FeCr混合氧化物层,腐蚀增重很大;Ni和Cr含量较高的S304由于硫化氧化和活化氧化机制使得表面腐蚀产物脱落严重,特别是在较高的温度650℃腐蚀时。当T91表面采用粉末包埋法渗铝后能显著降低在这2种温度下的腐蚀增重,原因是高温腐蚀后在涂层表面生成了一层连续、致密、与涂层结合良好的保护性氧化膜Al_2O_3,这层氧化膜能有效的防止S和Cl的渗透作用,因而对基体合金起到了良好的防护作用。     

液态Pb-Bi共晶合金腐蚀实验装置研制及实验研究

自主设计并搭建液态Pb-Bi共晶合金(LBE)腐蚀实验装置,研究了EP823钢在液态LBE中的腐蚀行为。采用扫描电子显微镜和X射线能谱分析仪检测腐蚀产物的微观形貌和相结构。实验结果表明,材料在液态LBE中的腐蚀类型为氧化腐蚀,氧化膜为双层结构,外层为颗粒状或块状的PbFe_4O_7氧化物,内层为竹叶状的FeCr_2O_4氧化物。实验结果达到了预期目的,该实验装置解决了LBE腐蚀实验存在的难题,有力地保证了相关实验顺利展开。     

T91钢热浸镀铝及其在水蒸汽中的循环氧化行为

研究SA213T91钢热浸镀铝后并退火后样品在90%Ar+10%H2O气氛中于600,650和700℃下的循环氧化行为.研究结果表明:T91钢热浸镀铝并退火后样品在表面形成Fe2Al5金属间化合物层,该层中有贯穿Fe2Al5层的裂纹;Fe2Al5层下为扩散层;镀层表现良好的抗氧化性能;在600℃氧化速率缓慢,样品表面仅生成极薄的Al2O3膜,其生长方式主要由Al向外扩散为主,而在650℃和700℃时氧化质量增量增大;在循环氧化过程中,由于基体和镀层的热膨胀系数不匹配,镀层在降温和升温过程中将受到循环应力作用,镀层中裂纹增加,并导致镀层剥落.     

10CrMoAl钢在含Cl~-环境中不同周期腐蚀的对比分析

为了探索在含Cl-环境中10CrMoAl钢的耐腐蚀机制,对10CrMoAl钢进行不同周期(72、168和240 h)的盐雾腐蚀试验,进而对其腐蚀结果进行对比分析,并对试样进行腐蚀速率分析、场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析、能谱分析、X线衍射(XRD)分析及电化学阻抗谱分析。结果表明:随着腐蚀时间的延长,腐蚀速率逐渐降低。经过72、168和240 h腐蚀后,10CrMoAl钢的腐蚀速率分别为1.512、1.254和1.232 mm/a;当锈层厚度最大时,Cr和Mo在锈层内富集程度也达到最大,而且伴随着锈层的腐蚀脱落,Cr和Mo又在基体与锈层交界处逐渐富集,有效地阻碍了基体的腐蚀。此外,锈层中FeCr_2O_4的出现导致了Fe_3O_4逐渐消失和γ-Fe_2O_3相对量逐渐增加。锈层中FeCr_2O_4的出现明显改变了腐蚀产物的形成过程。     

CSP生产700MPa级高强钢板卷氧化层分布规律

对CSP生产的700 MPa级高强钢板卷上表面氧化层进行了研究.发现钢卷沿卷长方向头部、中部氧化层主要由Fe+Fe3O4共析组织构成,而尾部则主要由Fe2O3层和Fe3O4层双层组织构成.沿板宽方向,边部的氧化层较厚,离边部越远,氧化层越薄.从边部到板宽中心,Fe2O3层和Fe3O4层的比例逐渐减少,Fe+Fe3O4共析组织逐渐增加,到距边部300 mm时氧化层几乎全部由Fe+Fe3O4共析组织构成.相较于CSP生产的SPHC钢,前者氧化层厚度对板卷厚度变化不太敏感.     

316L和T91不锈钢在550℃静态铅铋合金中的腐蚀行为

液态铅铋合金(LBE)是加速器驱动次临界系统(ADS)重要的散裂靶材料和冷却剂候选材料,也是先进快中子堆的重要冷却剂材料.由于LBE会对结构材料产生强烈的腐蚀,因此LBE的应用需要优先解决高温下LBE与结构材料的相容性问题.这里报道了ADS候选结构材料316L和T91不锈钢样品在550℃静态LBE中腐蚀1 000h的实验研究.利用扫描电子显微镜表征了腐蚀后的样品横截面的显微结构形貌,通过EDS面扫描分析了LBE/基体界面处主要元素分布.结果表明,两种样品都遭受了强烈的元素溶解与LBE渗透腐蚀,T91比316L表现出了略好的抗LBE腐蚀性能.     

冷凝液硫含量对SUS444铁素体不锈钢腐蚀行为的影响

利用冷凝液浸蚀-高温氧化循环腐蚀法模拟汽车排气系统内部服役环境,借助失重分析、腐蚀形貌观察及腐蚀产物分析,研究了SUS444不锈钢在不同硫含量的冷凝液中的腐蚀行为。结果表明,随着腐蚀循环次数的增加,不锈钢表面不断沉积的FeSO_4·7H_2O、Fe(NH_4)(SO_4)_2及Fe_4(SO_4)_5(OH)_2·18H_2O等硫酸盐物质加速了不锈钢的腐蚀进程,其点蚀深度及腐蚀速率均随冷凝液中硫含量的升高而增加。     

Al_2O_3膜的离子注入增强腐蚀效应研究

本文研究了N~ 注入硅表面上Al_2O_3膜后,离子注入层在稀释氢氟酸中的增强腐蚀效应.实验研究了N~ 的注入剂量分别为2×10~(14)/厘米~2、5×10~(14)/厘米~2、1.3×10~(15)/厘米~2及3×10~(15)/厘米~2时,注入层在23%稀释HF酸中腐蚀速率随温度变化的关系,发现当腐蚀液温度增加到一定程度时,腐蚀速率随温度增加而迅速增加,而在一定的腐蚀条件下,腐蚀速率随注入剂量增大而增大,并最后趋向饱和.     

(Fe,Cr)_3O_4上CO、CO_2吸附性能的研究

本文用脉冲色谱技术和液氮冷阱分离技术研究了(Fe,Cr)_3O_4上CO、CO_2的吸附和反应性能。本文还用色谱法测定了吸附热。在(Fe,Cr)_3O_4上CO的吸附热为44.4千焦/摩(70—160℃),改变样品中的含铬量对CO的吸附热影响不大。CO_2的吸附热在低温区(76-155℃)为38.3千焦/摩;高温区(292.5—380℃)为32.6千焦/摩,但对缺氧表面可高达73.2千焦/摩(349—412℃)。这表明(Fe,Cr)_3O_4的表面状态不同,对高温区CO_2吸附热影响很大。     

铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢在超临界水中的腐蚀行为

采用腐蚀增重法,结合扫描电镜、能谱分析和X射线衍射技术对比研究了铁素体/马氏体钢P92和奥氏体不锈钢HR3C在550~650°C/25 MPa的超临界水中的腐蚀行为.结果表明,2种材料以均匀腐蚀为主,并且腐蚀增重均服从幂指数规律.P92钢的腐蚀增重比HR3C钢高近2个数量级,其表面氧化膜为典型的双层结构;温度极大地加速了P92钢的腐蚀,当温度低于650°C时其表面氧化膜完整连续,而在650°C时表面氧化膜出现开裂.HR3C钢的腐蚀增重随温度的升高而增大,但是并不明显;HR3C钢表面出现了少量的疖状腐蚀,基体材料内的Cr极大地抑制了疖状腐蚀的发展,其深度约为2μm.     

Mn-Cu耐候钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为

利用干湿交替加速腐蚀实验和电化学实验研究了实验钢在模拟工业大气环境下的腐蚀演化行为.结果表明,在腐蚀初期腐蚀速度随循环周期的增加而增大,在后期随循环周期的增加而降低,耐候钢的腐蚀速度与SPA-H钢相当但低于16Mn钢.在腐蚀初期,细晶粒耐候钢比粗晶粒腐蚀速度快,在后期腐蚀速度基本一致.耐候钢锈层分为内外两层,内锈层致密主要由α-FeOOH和少量γ-Fe2O3组成,晶粒尺寸对腐蚀产物的组成影响不大.16Mn钢锈层主要由α-FeOOH,γ-Fe2O3和Fe3O4组成.在腐蚀后期,Cu的作用使耐候钢的耐腐蚀性能优于16Mn钢.电化学实验表明,腐蚀产物促进阴极过程,抑制阳极过程.细晶粒有利于保护性内锈...     

2Cr13钢渗硼层的组织结构与耐磨性

本文研究了2Cr13不锈钢渗硼层的组织和耐磨性。研究发现,渗硼层由硼化物层和过渡区构成,而硼化物层又由极薄的(Fe,Cr)B层和相当厚的(Fe,Cr)_2B层组成,在硼化物上分布有少量的(Fe,Cr)_3(C,B)。过渡区是在细小弥散的两相基体上分布着块状和网状碳化物。渗硼试样的耐磨性比常规处理试样高出4—5倍。     

铁基金属玻璃涂层在无铅钎料中的耐腐蚀性及机理

选用Fe基非晶合金粉末(含有Cr、Mo、Ni、P、B、Si),采用等离子喷涂方法在Q235基体上制备了金属玻璃涂层.在自行设计的腐蚀实验装置中将Q235钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢和覆有Fe基金属玻璃涂层的Q235钢浸入450,℃的高温液态无铅钎料Sn-3.5,Ag-0.5,Cu中进行腐蚀,利用扫描电子显微镜微观分析了腐蚀后的微观形貌及腐蚀产物.研究结果表明:相同实验条件下,Q235钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢表面均腐蚀严重,断面微观组织分为钎料层、腐蚀层和基体层.其中Q235钢的腐蚀剧烈,腐蚀层成分为FeSn2;1Cr18Ni9Ti不锈钢腐蚀较严重,腐蚀层成分为(Fe,Cr)Sn2.Q235基体表面的Fe基金属玻璃涂层腐蚀前后断面微观形貌变化不大,没有出现明显的腐蚀分层,表现出了非常好的耐高温无铅钎料腐蚀的能力.     

Ni系低温钢的高温氧化行为研究

为研究Ni系低温钢的高温氧化行为,利用Setsys Evolution型高温同步热分析仪对Fe-3.5Ni和Fe-9Ni钢在700~1200℃的氧化行为进行了研究,采用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段表征了氧化物微观形貌和物相组成.结果表明:700~1200℃条件下氧化2h后,Fe-3.5Ni钢和Fe-9Ni钢的氧化增重曲线规律相似,相同氧化温度条件下,单位面积Fe-9Ni钢的增重量低于Fe-3.5Ni钢.随氧化温度的升高,试样表面依次出现团絮状、晶须状和不规则多边形状Fe₂O₃.氧化分为内氧化和外氧化,内、外氧化层厚度随氧化温度的提高逐渐增加,且900℃是两种钢外氧化层厚度发生突变的临界温度.内氧化层由FeNi₃和混合物(FeO+Fe₃O₄)组成,外氧化层由Fe₂O₃,Fe₃O₄和FeO组成,且外氧化层内包裹着尖晶石相NiFe₂O₄;随着Ni含量增加,NiFe₂O₄增多并形成连续的薄带.     

26CrMo4套管钢在三元复合驱溶液的腐蚀行为研究

采用电化学工作站测试了P110级套管钢(26CrMo4)在三元复合驱(ASP)溶液中的腐蚀电化学行为。研究了ASP中各主要成分、浓度和温度对26CrMo4钢腐蚀行为的影响。用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对静态浸泡腐蚀后的试件表面进行了测试分析。结果表明,26CrMo4钢在ASP、AS、A、AP溶液中,腐蚀速率依次增大。随ASP浓度增加,腐蚀电位增大,腐蚀电流密度减小,腐蚀速率也随之减小。无论对于强碱或弱碱ASP溶液,随着温度增加,26CrMo4钢的腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快。经80℃静态浸泡192 h后,26CrMo4钢主要发生均匀腐蚀,腐蚀产物主要为Fe(OH)3、FeCO3、Fe2O3。     

四核链型M—Fe—S（M=Mo,W）原子簇化合物的成键特征

用MAD—SCC—EHMO法计算了3个4核链型M—Fe—S(M=Mo,W)原子簇化合物[Fe_2S_2(MoS_4)_2]~(4-)、[Fe_2S_2(MoS_2O_2)_2]~(4-)和[Fe_2S_2(WS_4)_2]~(4-)的电子结构,根据计算所得的分子轨道能级、轨道特征和Mulliken约化重叠集居等数据,对其成键性质进行了分析。指出了在簇合物的成簇过程中,由于电子从Fe原子转移到M原子,使得簇合物中M的表观氧化态低于碎片M_2S_2X_2~(2-)中M的表观氧化态,本文还根据Mulliken约化重叠集居和电荷密度变化的分析,给出簇合物电子的离域性顺序([Fe_2S_2(MoS_4)_2]~(4-)>[Fe_2S_2(MOS_2O_2)_2]~(4-)>[Fe_2S_2(WS_4)_2]~(4-))。