20钢/316L复合管固液复合制坯工艺研究

双金属复合管在石油运输行业中应用前景广阔,结合性能是考察复合管是否合格的重要指标之一。为了能在轧制成形过程中得到高品质的复合管材,在复合管制坯过程中要求实现界面处的冶金复合。以20钢和316L为原材料,基于结合温度及元素扩散情况,采用固液复合方式,并且结合界面的温度模型及通过Pro CAST软件模拟,获得了外模最佳预热温度为1050—1100℃。通过现场试制界面处实现了冶金复合,在最佳温度范围既保证了固态20钢和液态316L之间能达到冶金复合,又能使元素有充分的扩散时间而增强了界面结合强度,同时又可以防止因元素过渡扩散而导致316L腐蚀性能下降。该方法为后续复合管连轧提供了优良的管坯,可实现高品质复合管的现场生产。

原油乳状液对20钢的腐蚀

以某油田原油和采出水为原料配制了不同含水率的油包水或水包油乳状液,利用失重法和电化学测试技术研究了20钢的腐蚀行为,分析了不同含水率和不同类型乳状液的腐蚀性。结果表明:乳状液的腐蚀性低于采出水的腐蚀性,且水包油乳状液腐蚀性大于油包水乳状液;由于油包水乳状液中原油在20钢表面吸附形成的油膜的完整性较好,20钢与水分子接触受到一定限制,腐蚀比较轻;随着含水率增大,油膜完整性逐渐受到破坏,乳状液腐蚀性明显变强;在水包油乳状液中,20钢与采出水直接接触,20钢表面只存在分散状的油膜,其对金属基体的保护作用较弱,随着含水率的增加,水包油乳状液对20钢的腐蚀接近于采出水;在油水界面处,20钢腐蚀严重,其腐蚀行为与在水包油乳状液中的类似。

20钢熔化衬垫自动焊工艺研究及力学性能分析

20钢因其优异的焊接性而应用于核工业领域,全位置自动焊技术可以大幅度提高核电管道安装效率。但是,常规的全位置自动焊技术因焊缝会出现凹陷等质量问题而限制其进一步应用,为此将针对20钢进行研究,采用熔化衬垫自动焊工艺来实现焊接。研究结果表明:焊接时,衬垫被放置在焊前填充金属的位置,经过打底焊后,衬垫会与焊缝根处完全熔合,成为焊缝的一部分。针对20钢自动焊工艺的研究和接头性能的分析,表明使用熔化衬垫可以解决全位置管道自动焊在仰焊位置上出现凹陷的问题,并且获得的焊接接头符合核电建造标准要求。

Q345E与20钢异种钢管氩电联焊工艺研究

采用氩电联焊对Q345E和20钢异种钢管进行焊接试验及焊接接头力学性能测试。结果表明:Q345E和20钢异种钢管焊接接头具有良好的工艺性能,X射线探伤不低于Ⅱ级,抗拉强度分别为542 MPa和536 MPa,-20℃冲击功不低于33 J,侧弯试样弯曲面焊缝和热影响区没有裂纹,满足NB/T 47014—2011要求。

硼对P20钢淬透性能的影响

研究了硼对塑料模具钢P20的淬透性能的影响,结果表明:微量硼使P20钢的铁素体形成区域C形鼻尖发生右移,加硼后先共析铁素体的形成得到明显抑制;在油淬的条件下,P20钢的临界淬透直径由380 mm增加到近500 mm。

不同Cl^-浓度和局部垢沉积下20钢的腐蚀行为

为研究克拉美丽气田采出水中不同Cl-浓度和局部垢沉积协同作用对管线钢腐蚀行为的影响,采用管线20钢和模拟采出水,进行动态反应釜腐蚀挂片试验,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)表征表面形貌及成分。结果表明:腐蚀介质在静态下,不同Cl-浓度和局部垢沉积对20钢的腐蚀影响程度依次为Cl-浓度> Ca2+浓度> HCO3-浓度> SO42-浓度> pH值;随着介质流速(0~2.4 m/s)逐渐增大,腐蚀速率随之增加,最大为0.095 mm/a,增幅为14.46%;从腐蚀形貌看,腐蚀介质在流动状态下,试样表面以均相腐蚀为主,Cl-和局部垢沉积作用形成少量点蚀坑,结合EDS谱和XRD谱分析可知,产物成分为FeCO3、FeOOH、Fe2O3、CaSO4、CaCO3。

20钢渗硼过程中硼化物形核和生长的TEM观察及室温形变的影响

本文采用单向减薄制样法在透射电镜下直接观察了20钢渗硼初期硼化物的形核和生长特性及室温形变的影响。X射线及电子探针分析结果表明:渗硼初期试样表层仅有Fe_2B形成;表层硼原子浓度与形变量之间具有单调增长的关系;偏聚于位错胞壁之中的硼原子阻碍了形变组织的恢复和再结晶,加速了硼化物的形核和长大。

形变20钢热浸镀铝的镀层组织分析

用金相显微镜、透射电镜及Ｘ射线衍射仪对形变２０钢热浸镀铝的镀层微观组织进行了分析，并探讨了其形成机制。

20钢在不同模拟条件下的保温层下腐蚀行为

在实验室模拟保温层下腐蚀的装置中,于60～120℃对包裹保温层的20钢钢管在质量分数为0.01%～3%的NaCl溶液中分别进行120h的浸润和浸泡腐蚀试验,并通过失重法、扫描电镜观察及能谱分析等研究了20钢的保温层下腐蚀行为。结果表明:随着温度的升高,20钢的腐蚀速率先增大后减小,高于100℃时在其表面形成致密腐蚀膜,抑制了腐蚀的进一步发生;在80℃恒温条件下,随着NaCl溶液浓度的增加,腐蚀先加剧后减缓;由于高温下高浓度NaCl溶液在钢表面及保温层间大量结晶,破坏了原有电化学腐蚀系统中氧含量的平衡,使腐蚀速率大幅度下降;干湿交替环境下的腐蚀较冷热交替和恒温环境的腐蚀更为严重。

20钢复合渗铬中的相变

应用金相、X射线衍射和微区成分分析研究了20钢经离子氮化后在不同温度渗铬(复合渗铬)所得渗铬层的显微组织及其生成机制.不同温度复合渗铬层的表面层均由CrN(fcc),β-Cr2N(hcp)和α-(Cr,Fe)(bcc)组成,其中α-(Cr,Fe)的含量随渗铬温度提高而减少.在复合渗铬过程中,原先的氮化白亮层发生扩散反应相变,生成复合渗铬白亮层,而扩散层中的相变主要是析出/共析转变,生成γ’氮化物析出带和/或一种类似珠光体的(α+γ’)共析反应带.

20钢及渗铝20钢在KCl盐膜下的腐蚀

研究了20钢及渗铝20钢在750℃和800℃于KCl盐膜下空气中的腐蚀行为。结果显示,所有条件下20钢均发生了严重的加速腐蚀现象,形成了厚的、疏松的、与基体结合性很差的腐蚀产物膜。渗铝20钢则腐蚀增重很小。虽然渗铝试样表面致密的、连续的Al2O3对材料起到了保护作用,但在氧化膜内部同时形成了严重的内腐蚀区。从热力学角度讨论了试验结果。

20钢管的瞬间液相扩散焊工艺研究

研究了 2 0钢管 TL P连接接头的组织和性能 ,中间层合金选用 BNi2和 Fe Ni Si B非晶箔 ,在氩气保护下焊接。研究表明 ,室温下接头的拉伸强度和弯曲强度等于或超过基体 ,没有形成脆性相。用 Fe Ni Si B连接的接头 ,比用 BNi2连接的接头组织和成分更接近基体。

20钢在CO_2/水溶液气液两相流液相中的腐蚀行为

利用SEM,XRD,EDS等研究了20钢在CO2/水溶液气液两相分层流液相中的腐蚀速率、腐蚀形貌以及腐蚀产物膜层的成分,并初步分析了其腐蚀行为机制。结果表明:随着时间的延长20钢腐蚀速率呈现不规则齿状规律变化,在4 h和8 h分别出现腐蚀速率峰值,腐蚀速率分别为2.27 mm/a,1.66 mm/a,5 h和12 h时出现腐蚀速率的谷值为1.02 mm/a,在8 h时腐蚀产物膜层由厚度为6μm左右致密的内层膜和厚度为9μm左右疏松的外层膜组成,腐蚀产物的主要组成元素为Fe、C、O,内层产物膜中Fe、C与O原子比稳定,而外层产物膜层的Fe、C与O原子比在膜层厚度方向上变化较大。

20钢动态力学性能及本构模型的建立

为研究20钢大应变高速冷滚打成形的流动规律,进行20钢常温准静态压缩实验和应变率为2 000 - 4 000 s^-1、温度为100 - 400℃时的动态压缩实验,分析动态力学性能和应变率及温度对流动应力的影响,建立2 0 钢JC 模型.并依据实验数据进行JC 模型的修正.运用标准的统计参数方法,进行修正JC 模型、标准JC 模型及实验结果的对比分析.结果表明,修正的JC 模型更能准确地描述2 0 钢流动应力与应变,应变率和温度的关系.

热处理避免和消除20钢厚壁高压管应变时效脆化实验研究

以Charpy V型缺口冲击吸收能量为应变时效脆化评价指标,研究采用工程中常用的热处理方法对应变时效脆化避免和消除的效果,使用光学显微镜、SEM和TEM观察试样组织形貌,探讨了各种热处理下的材料微观组织变化。结果表明:采用的20钢厚壁高压管轧制过程中已发生应变时效脆化,后续的预制更加加重了管子的应变时效脆化程度;不同热处理方法避免和消除应变时效脆化效果不同,其中以正火加高温回火效果最佳;变形度对恢复材料的冲击性能影响显著,预变形后是否时效对热处理的效果没有显著影响。

砂质土壤中的Cl^-含量对接地网材20钢腐蚀行为的影响

为了揭示接地网材20钢在砂质土壤中的腐蚀行为与Cl-的关系,以宁夏地区砂质土壤为腐蚀介质,利用土壤埋片试验、电化学试验研究了20钢在不同Cl-浓度砂质土壤中的腐蚀形为;用扫描电镜、X射线衍射仪对腐蚀产物形态和成分进行了表征分析。结果表明:砂质土壤中Cl-含量对20钢的腐蚀过程有较大的影响,腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而先增后减,当Cl-浓度为1.5%时,腐蚀速率达到最大值;Cl-在腐蚀过程中起催化作用,促进金属的溶解,Cl-浓度为1.5%时,20钢表面腐蚀产物主要有Fe2O3和FeOOH,形成近阵列的结构,良好地覆盖在基体上,对腐蚀起到了一定的阻碍作用。

基于人工神经网络的P20钢热处理工艺

用BP人工神经网络及材料微观分析方法研究了热处理工艺对P20钢硬度的影响。结果表明,BP网络能根据淬火及回火温度精确预测P20钢热处理后的硬度;BP网络预测结果表明,P20钢经800～920℃淬火及530～650℃回火,在给定的淬火温度下,随回火温度的增加硬度急剧降低;在给定的回火温度下,随淬火温度的增加硬度略有增加。材料微观分析表明:这主要归因于回火温度升高造成的碳化物长大和α相的回复程度的加剧及淬火温度升高造成的碳及合金元素固溶量的增加。

基于GTN模型的20钢孔洞扩张比数值模拟

孔洞扩张比VG可以作为描述钢材损伤时微孔洞演化情况的细观损伤变量,GTN模型可用于金属塑性材料的细观损伤有限元模拟。应用GTN模型模拟20钢圆棒型缺口试件拉伸过程的不同阶段,得到细观损伤参量应力三轴度Rσ、等效塑性应变εp、孔洞体积百分数f及孔洞扩张比VG在试件中心截面的变化规律。结果表明:在整个拉伸过程中,上述参数的数值随着载荷的增加而增大,且εp对VG的影响较大。当试件断裂时,试件缺口截面中心位置的细观损伤参量值大于缺口根部的值,此时20钢的临界孔洞扩张比VGC为3.134。

20钢表面双辉渗镀TiC陶瓷

设计了一种独特的源极结构，运用双层辉光渗金属技术在20钢表面实现了Ti，C二元同时共渗并获得表面渗镀层．对渗镀层进行了微观组织、形貌、成分、物相和硬度的检测与分析．分析结果表明：渗镀层厚约21μm，表面呈颗粒状分布，主要由TiC陶瓷相构成，其结构致密，与基体结合良好，结合力为42N；源极钛靶与工件的极间距对渗镀层厚度及表面硬度值的影响较大，极间距在12～16mm时渗镀效果佳，该条件下所形成的渗镀层表面硬度较基体提高了10倍以上．

20钢循环水换热管粉末渗锌层的防腐蚀性能

针对炼油厂渣油循环水换热器特殊的腐蚀环境,对换热器换热管用20钢在渗锌罐中于500℃保温5 h作整体粉末渗锌处理,采用金相显微镜观察渗锌层的金相组织,采用SUPRA55扫描电镜观察渗层表面形貌,采用HV-1000Z显微硬度计测试渗层硬度,以XFORD EDS仪分析了渗层成分,并通过浸泡试验考察了20钢在循环水和渣油中的耐蚀性能。结果表明:试样渗锌层平均厚度达到95μm,渗锌层硬度比基体硬度至少提高了210 HV以上,渗锌后20钢的抗腐蚀性得到显著的提高,渗锌效果良好。