超级13Cr马氏体不锈钢在CO_2 及H_2 S/CO_2 环境中的腐蚀行为

在模拟油田腐蚀环境中,通过高温、高压、CO2和H2S/CO2腐蚀实验及电化学测试,研究超级13Cr马氏体不锈钢的腐蚀行为.结果表明:在CO2腐蚀环境中,随着温度的升高,超级13Cr的均匀腐蚀速率呈稍微上升的趋势,点蚀轻微;在H2S、CO2共存条件下,超级13Cr的均匀腐蚀速率变化不大,点蚀严重,当Cl-的质量浓度为160g.L-1时,其最大点蚀深度可达28μm.超级13Cr的点蚀电位明显高于普通13Cr的点蚀电位,温度升高、Cl-的质量浓度增大和H2S气体的存在降低了超级13Cr的点蚀电位,而CO2对超级13Cr的点蚀电位影响不大;在N2、CO2环境中,超级13Cr的回复电位都在钝化区间,且回复电位较高,具有良好的再钝化能力.H2S气体的存在同样使超级13Cr的回复电位和点蚀电位显著降低.     

超高强度钢在大气环境中应力腐蚀行为研究

 采用慢应变速率拉伸测试技术研究了一种新型超高强度不锈钢Cr12的应力腐蚀开裂(SCC)行为,结合扫描电镜对应力腐蚀断口形貌进行观察和分析.结果表明,Cr12钢的空拉试样有明显的颈缩现象,断口四周平齐,为裂纹的起源与快速扩展区,以准解理断裂形貌为主.在弱酸性溶液中SCC敏感性增大,断口仍为准解理形貌,局部出现滑移台阶.在弱酸性气氛环境中,氧在薄液膜中的扩散能更快地到达金属表面,阴极反应的供氧量充足,阴极极化强化,钝化膜的稳定性和完整性受到破坏,点蚀更容易发生,从而增大了其SCC敏感性.Cl－通过诱发点蚀形成和阻碍钝化膜修复显著提高了Cr12钢的应力腐蚀敏感性,降低了钢的强度和塑性.应力腐蚀裂纹起源于点蚀坑处,SCC机制可用滑移－膜破裂理论进行解释.     

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。     

硫化氢环境下两种不锈钢的应力腐蚀开裂行为

用U形弯试样浸泡和慢应变速率拉伸实验研究了3Cr17Ni7Mo2SiN和00Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢在硫化氢介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为.2205不锈钢的SCC萌生孕育期较长,在pH较低的饱和H2S溶液中具有明显的SCC敏感性,其SCC敏感性随溶液pH值的升高或H2S含量的降低而迅速降低.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC孕育期均低于2205不锈钢,在pH≤4.5、H2S的质量浓度≥103mg·L-1的H2S介质中均具有明显的SCC敏感性,其SCC敏感性受pH值和H2S含量变化影响较小.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC以沿晶裂纹萌生,扩展后转变为穿晶应力腐蚀开裂;2205不锈钢近表面处首先发生奥氏体-铁素体相间氢致开裂,并促进SCC萌生,其SCC为穿晶应力腐蚀开裂.     

外加阴极电位对模拟海水环境下21Cr2NiMo钢应力腐蚀行为的影响

海洋工程用系泊链钢经常遭受因阴极过保护导致的应力腐蚀开裂。因此,研究外加电位对系泊链钢的应力腐蚀影响规律及机制具有重要意义。本文旨在研究外加阴极电位对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律及机制。慢应变速率拉伸、电子背散射衍射和扫描电镜被用于本研究。以此为基础阐明了一类R5级别高强系泊链钢（21Cr2NiMo）在外加阴极电位下的应力腐蚀行为及机制。研究结果表明,21Cr2NiMo钢在强阴极极化下氢脆的敏感性较高;当外加电位在?775 mV vs. SCE时应力腐蚀敏感性最低;当外加电位低于?950 mV vs. SCE时应力腐蚀敏感性迅速升高。随着外加电位的降低断口形貌由穿晶型向沿晶型转变。随着外加阴极电位降低,沿晶型开裂从沿着板条贝氏体晶界开裂向沿着原奥氏体晶界开裂转变。扫描电镜结果表明点蚀促进了应力腐蚀裂纹萌生。随着外加电位降低,应力腐蚀机制由阳极溶解和氢脆机制混合控制转变为单一氢脆机制控制。     

氯离子对石油测井仪器用Cr13不锈钢点损伤行为的影响

采用高温高压模拟环境装置和实时动电位极化和交流阻抗技术对石油测井仪器用Cr13不锈钢在模拟井下不同氯离子环境中电极的腐蚀失重和电化学行为进行了研究.实验结果表明,当地层水或者钻井液中氯离子浓度较高时,Cr13不锈钢表面的点损伤难以避免;随着氯离子浓度的升高,Cr13的均匀腐蚀速率增大,试样表面点蚀坑增多;局部氯离子以FeCl2和FeCl3形式吸附是造成钝化膜损伤的主要原因.应尽量减少仪器在含氯离子环境中的停留时间或提高材料等级.     

温度对13Cr不锈钢在高 CO2 分压环境中腐蚀行为的影响

通过高温高压电化学测试,获得不同实验温度下13Cr不锈钢的循环伏安曲线、交流阻抗谱和Mott-Schottky曲线,结合ZSIMPWIN软件和扫描电子显微镜分析,研究高温高CO2 分压环境下,温度对13Cr不锈钢腐蚀电化学行为的影响. 在高温高CO2 分压环境下,随温度升高,13Cr不锈钢发生腐蚀的倾向增加,表面钝化膜稳定性下降,点蚀敏感度增加.     

残余应力存在时Cl-对304不锈钢管道点蚀行为的影响

探究残余应力状态对304不锈钢管点蚀行为的影响,采用开路电位、动电位极化、交流阻抗谱、Mott-Schottky等方法,研究应力状态及Cl^-浓度两种关键因素对冷弯加工后的304不锈钢弯管腐蚀行为的影响,测试弯管不同部位在100、1 000 mg/L的Cl^-溶液中的点蚀行为及钝化膜特性,分析了应力状态和Cl^-浓度对不锈钢点蚀行为的影响规律及对应腐蚀机理。结果表明,冷加工后304不锈钢U弯拉伸面、压缩面的残余应力分别为拉应力和压应力,未变形的直管部分几乎无应力。腐蚀试验表明,当Cl^-质量浓度为100 mg/L时,残余应力会增强不锈钢耐Cl^-点蚀的能力并降低钝化膜的载流子浓度,拉应力作用效果强于压应力,而无应力处蚀坑深度最大(80.426μm);当Cl^-质量浓度为1 000 mg/L时,拉应力与压应力均降低不锈钢耐Cl^-点蚀的能力,且拉应力处蚀坑深度(117.956μm)为同浓度下最大。     

pH值对高温高压水中304L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温高压水环境中,采用慢应变速率拉伸试验方法,研究了不同pH值对304L不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响规律,并通过扫描电镜对试样断口形貌进行观察与分析.结果表明:在300℃时,304L不锈钢在弱酸性和弱碱性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较大,且酸性越强,敏感性越大.在中性溶液中,304L不锈钢的强度和塑性损失较小,应力腐蚀敏感性较小,断口分析与之吻合.     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.     

钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性

采用慢应变速率实验研究了钛合金TA7在醇类溶液等介质中的应力腐蚀敏感性，结果表明：钛合金TA7在醇类溶液中有明显的应力腐蚀敏感性；在含有Cl^-离子的醇类溶液中有强烈的应力腐蚀敏感性；钛合金的应力腐蚀开裂通常源自点蚀孔底部。     

高温水环境下温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温水环境中,采用慢应变速率拉伸实验方法研究了温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律,并通过扫描电镜(SEM)对试样断口形貌进行分析. 结果表明:在高温水环境中,温度为200～345 ℃时316 L不锈钢具有应力腐蚀开裂敏感性;材料脆性指标随温度升高而增大,应力腐蚀开裂敏感性增强,断口分析与之吻合;250 ℃是316 L不锈钢发生应力腐蚀开裂的敏感温度,断口边缘形貌呈现明显脆性断裂特征.     

超级13Cr不锈钢的钝化膜耐蚀性与半导体特性

利用极化曲线和Mott-Schottky曲线,研究了超级13Cr马氏体不锈钢在100、130、150和170℃且含CO2和Cl-的腐蚀介质中浸泡7 d所形成的钝化膜的电化学行为和半导体性质.同时应用光电子能谱表面分析技术分析了超级13Cr钝化膜中的元素价态.结果表明,超级13Cr马氏体不锈钢经腐蚀过后形成的钝化膜表层中Mo和Ni以各自硫化物的形式富集,而Cr以Cr的氧化物的形式富集.在100℃和130℃形成的钝化膜具有良好的耐蚀性,而在150℃和170℃形成的钝化膜耐蚀性下降.产生这种现象的原因与表面钝化膜的半导体性能密切相关,在100℃和130℃中形成的钝化膜具有双极性n-p型半导体特征,且随着温度升高掺杂数量增多,而150℃和170℃介质中形成的钝化膜为p型半导体,故随着温度升高,超级13Cr马氏体不锈钢的耐蚀性能下降.     

支持向量回归预测不锈钢的点蚀电位

点蚀是不锈钢的主要腐蚀类型之一, 常用点蚀电位来评价不锈钢腐蚀的难易程度. 点蚀电位会受到多方面因素的影响. 基于不锈钢的元素成分和工艺参数, 采用支持向量回归(support vector regression, SVR)算法建立了预测点蚀电位的模型. 结果表明: 独立测试集的相关系数达到 0.97, 均方根误差(root mean square error, RMSE)仅为 0.07; 通过 Pearson 相关分析和敏感性分析, 元素 Cr、Mo 的含量和温度对点蚀电位的影响较大; 当存在少量稀土元素时可以提高不锈钢的抗腐蚀能力.     

支持向量回归预测不锈钢的点蚀电位

点蚀是不锈钢的主要腐蚀类型之一,常用点蚀电位来评价不锈钢腐蚀的难易程度.点蚀电位会受到多方面因素的影响.基于不锈钢的元素成分和工艺参数,采用支持向量回归(support vector regression,SVR)算法建立了预测点蚀电位的模型.结果表明:独立测试集的相关系数达到0.97,均方根误差(root mean square error,RMSE)仅为0.07;通过Pearson相关分析和敏感性分析,元素Cr、Mo的含量和温度对点蚀电位的影响较大;当存在少量稀土元素时可以提高不锈钢的抗腐蚀能力.     

NACE A溶液中S31603不锈钢慢应变速率拉伸试验研究

采用慢应变速率拉伸实验方法,研究了温度和压力对S31603奥氏体不锈钢在标准NACE A溶液(5.0%Na Cl和0.5%CH3COOH)中应力腐蚀敏感性的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)对断口形貌进行观察和分析表明,S31603不锈钢在NACE A溶液中易发生应力腐蚀开裂,温度和压力对S31603奥氏体不锈钢的应力腐蚀敏感性有较大的影响,随着温度和压力的升高,试样的力学性能下降,应力腐蚀敏感性增强;在16MPa、160℃环境下,S31603不锈钢试样的断后延伸率和内积功应力腐蚀敏感性指数分别达到65.06%和72.1%,应力腐蚀开裂倾向最为显著。     

铬硅锰氧化物夹杂诱发316L不锈钢点蚀行为研究

采用原位分析法及化学浸泡法并结合扫描电镜和能谱仪分析,对316L不锈钢中三种典型铬硅锰氧化物夹杂诱发不锈钢点蚀行为进行分析,并探究其腐蚀机理。结果表明,在质量分数为6%的FeCl_3溶液浸泡腐蚀下,316L不锈钢中三种典型铬硅锰氧化物夹杂耐蚀性从大到小的顺序依次为:单一贫铬相(w(Cr)15%)铬硅锰氧化物夹杂单一富铬相(w(Cr)15%)铬硅锰氧化物夹杂MnS与铬硅锰氧化物复合相夹杂;单一相夹杂诱发的点蚀是以小孔腐蚀的形式始发于夹杂物内部,其部位靠近夹杂与基体界面处;而对于MnS与铬硅锰氧化物复合相夹杂诱发的点蚀,首先是夹杂外层包裹的硫化物在较短时间内发生溶解,使得夹杂与基体交界处产生微缝隙,进而导致不锈钢点蚀的产生;铬硅锰氧化物夹杂中铬含量过高(w(Cr)15%)或过低(w(Cr)6%),均会降低不锈钢的抗腐蚀性能。     

溶解氧和温度对O6Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢在超临界水中应力腐蚀的影响

通过慢应变速率拉伸试验,在超临界水环境中研究了溶解氧和温度对06Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢的应力腐蚀开裂倾向的影响规律. 试验结果表明:在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 ) 的450℃和550℃超临界水环境中,不锈钢都呈现出不同程度的应力腐蚀开裂倾向. 随着水中溶解氧含量的增加,不锈钢的应力腐蚀开裂倾向更为明显. 随着温度的上升,应力腐蚀开裂倾向反而会下降. 在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 )的650℃超临界水环境中,不锈钢只发生塑性断裂,未发现应力腐蚀开裂倾向,并且溶解氧对其影响也不是很明显.     

酸化缓蚀剂的缓蚀作用机理研究

通过模拟酸化腐蚀实验,评价马氏体不锈钢油管用酸化缓蚀剂的缓蚀性能。同时,利用电化学测试技术,探讨其在不同温度条件下的缓蚀作用机理。结果表明:超级13Cr马氏体不锈钢在120℃鲜酸中的均匀腐蚀速率仅为14.551 6 mm/a,远小于50.8 mm/a,缓蚀效率在90%以上,并且局部腐蚀轻微,表明酸化缓蚀剂与超级13Cr马氏体不锈钢具有良好的匹配性。在30℃和60℃,添加缓蚀剂后,腐蚀电位正移,缓蚀剂作用机理为"负催化效应型"。在80℃,腐蚀电位负移,缓蚀剂作用机理为"几何覆盖效应型"。     

高温条件下几种耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能对比分析

通过高温条件下的地层水和高温高pH值完井液CO_2腐蚀试验,对比分析研究耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能及在深井和超深井的适用性。结果表明:超级13Cr马氏体不锈钢在高温CO_2环境中和高温高p H值环境中的均匀腐蚀极为严重,腐蚀速率分别高达0. 454 9 mm/a和0. 386 7 mm/a,并且局部腐蚀非常明显,已不能满足高温工况环境对管柱材料的耐蚀性要求;新型17Cr马氏体不锈钢在高温条件下具有良好的抗CO_2均匀腐蚀和局部腐蚀性能,但在高温高pH值环境中发生了明显的选择性溶解腐蚀,并且均匀腐蚀速率较大; 2205双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢和028镍基合金在高温CO_2腐蚀环境中和高温高pH值环境中具有良好的抗腐蚀性能; TC4钛合金在高温条件下具有极其优越的抗CO_2腐蚀性能,但在高温高pH值腐蚀环境中抗腐蚀性能极差,均匀腐蚀速率高达0. 424 7 mm/a,并且相比于其他耐蚀合金,局部腐蚀最为严重。