材料工程专业研究生培养现状分析与对策——以中国石油大学(北京)为例

文章分析了目前中国石油大学(北京)材料工程专业硕士研究生在培养过程中所存在的问题,特别是针对研究生工程实践、毕业论文、工作站培养过程中的突出问题,有针对性地提出了对策,如制订合理的培养方案、切实可行的工程实践课程实施方案,建设研究生试验平台,实现学校资源与企业工作站资源共享,建立企业工作站、学校与研究生之间的协调培养机制,确保材料工程专业硕士研究生的培养更趋完善与合理。

工科类院校一年级新生开展专业先导实验课教学的探索与实践——以中国石油大学(北京)材料专业为例

针对目前国内大多数工科类院校普遍存在专业实验课一直被动地附属于专业理论课的问题,高校可以在本科一年级新生中开展专业先导实验课的实验教学新理念,把在本科三、四年级开设的专业实验课中一些相对基础简单、比较容易掌握的实验内容部分有选择地向前延伸到本科一年级进行。中国石油大学(北京)材料专业设计了专业先导实验课的教学主题、教学目标和教学模式,并且连续三年在材料专业本科一年级新生中开展了专业先导实验课的教学实践,探索形成了专业实验教学新模式。教学反馈结果表明,专业先导实验课教学极大提高了材料专业一年级新生对本专业的认可度和学习兴趣,促进了学生后续专业理论课的学习,在培养学生自主学习能力、动手实践能力和团队协作能力等方面取得了显著的教学效果。

普光气田地面生产系统腐蚀控制技术及其效果

高含硫天然气田地面生产系统面临H2S/CO2以及元素硫共存等苛刻条件下的腐蚀问题,这是目前开发此类气田的难点之一。通过分析普光高含硫气田开发过程中运用的腐蚀控制技术及其效果,可为有效控制此类油气田开发过程中的腐蚀问题提供依据。首先将室内模拟试验选材和缓蚀剂筛选作为控制腐蚀开裂和电化学腐蚀失重的主要措施,结合腐蚀挂片、探针、电指纹监测、超声成像测厚和智能清管检测以及服役前后材料理化性能对比测试,确定材料服役过程中的腐蚀特征、腐蚀机制以及缓蚀剂作用效果,从而为进一步针对腐蚀关键部位的腐蚀控制和监检测提供依据。该腐蚀控制综合技术的运用效果表明,目前普光气田整体腐蚀速率小于0.076mm/a,材料力学性能未出现损伤退化,处于受控状态。而元素S沉积和地层水聚集将诱发少量局部腐蚀,这一问题将成为腐蚀控制的重点。

两种还原剂体系制备纳米镍粒子结构与磁性的对比

通过TEM及SEM表征粒子形态并对产物进行XRD分析，最后测定产物的磁化曲线。在微乳液环境中，NaBH4和N2H4-H2O两种还原体系得到粒子粒径分别为30-40nm和100nm，固体粉末产物未烧结时均呈无定形态，结晶性差。从磁化曲线可以看出，NaBH4还原制备的产物呈明显的铁磁性，饱和磁化强度（Ma）为32．28A·m^2·kg^-1，剩磁（M1）为10．98A·m^2·kg^-1，产物矫顽力为178kA·m^-1。而N2H4·H2O制备的产物几乎不呈现铁磁性，剩磁和矫顽力接近零。

“酸性油气田H2S/CO2工况下金属材料的腐蚀和应力腐蚀开裂”专题序言

当前,在世界范围内,随着高含H2S/CO2的酸性油气田的开发越来越广泛,并且油气开发不断向深层、超深地层延伸,高温高压高腐蚀工况使得油气装备材料的服役环境愈来愈苛刻,严重的腐蚀失重和应力腐蚀开裂威胁着油气装备材料的服役安全,阻碍了高酸性油气田的顺利开发,这已经成为石油天然气工业亟待解决的关键性问题。

基于应变匹配实现复合材料中纳米线的本征力学性能——金属纳米复合材料发展的新机遇

材料的高强度及大弹性应变性能一直是人类追求的目标。鉴于纳米线的超大弹性应变及超高强度,材料科学家们预见,以其增强的复合材料应具有超常力学性能。然而已有的研究结果却令人失望,其原因是纳米线的超常力学性能难以在复合材料中体现,这一"超常性能未从纳米走向宏观"的现象被喻为"死亡之谷"。因此,实现复合材料中纳米材料组元的超大弹性应变及超高强度成为了开发高性能纳米复合材料亟待解决的关键问题。中国石油大学(北京)崔立山教授团队与国内外学者合作,将传统相变领域与前沿纳米领域交叉融合,提出了基体相变应变与纳米线弹性应变相匹配概念,跨越了"死亡之谷",为研发高性能金属纳米复合材料开创了新机遇,该项工作入选了"2013年度中国科学十大进展"。本刊特邀崔立山教授团队郝世杰博士对基于应变匹配实现复合材料中纳米线超常力学性能这一全新概念开展的研究工作进行深度报道,以期将这一新思想与国内同行分享与交流。

不同工艺粉末对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

对比分析了采用烧结破碎和团聚烧结工艺制备的两种WC-10Co-4Cr粉末的物理性能和物相组成。采用超音速火焰喷涂技术对两种粉末进行了涂层制备,并对两种涂层的性能进行对比评价,结果表明:团聚烧结粉末制备涂层的硬度、孔隙率和抗冲蚀磨损性能均优于烧结破碎粉末制备涂层,但其结合强度略低于烧结破碎粉末制备涂层。

超级13Cr马氏体不锈钢在入井流体与产出流体环境中的腐蚀行为研究

通过模拟油田超深超高压高温油气井腐蚀环境,研究超级13Cr马氏体不锈钢管材抗均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂(SCC)及酸化液腐蚀的性能。研究结果表明:随着井深的增加,超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率逐渐增大,且气相的均匀腐蚀速率要大于液相的腐蚀速率,但不论在液相还是在气相腐蚀条件下,均匀腐蚀速率均远小于0.1mm/a;由于超级13Cr马氏体不锈钢有较高的Mo,Ni含量,在模拟腐蚀环境中未出现明显点蚀现象,且具有良好的抗SCC性能;循环酸化腐蚀试验后试样管体和接箍部分没有出现点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀迹象。

普光气田集输管材腐蚀评价及缓蚀剂加药工艺优化

普光气田H2S平均含量15.18%,CO2平均含量8%,且含单质硫。为解决该气田湿气集输工艺管材的腐蚀问题,参考NACE MR0177/ISO15156,规定了试样的制备方法,避免了因试样问题产生的评价结果偏差。评价条件增加了单质硫含量、介质流速两个条件,实现了对普光气田工况条件的模拟,解决了按NACE MR0175标准H2S分压大于1MPa时无法选材的难题。开展了L360抗硫管材的氢脆、硫化物应力开裂及电化学腐蚀的分析评价,结果表明,采用淬火加回火制造工艺、严格控制S(0.003%)、P(0.02%)元素含量、硬度小于248HV的L360管材,其抗硫性能满足使用要求;但在高含H2S、CO2且单质硫共存的条件下,L360抗硫管材电化学腐蚀严重,平均腐蚀速率达0.165 7mm/a,腐蚀产物主要为FeS,电化学腐蚀主要受H2S控制。因此对缓蚀剂加注工艺进行了优化,制订了一套预膜型缓蚀剂+连续缓蚀剂的实验室评价方法,规定了试片预膜处理的具体步骤,并优选出有机胺盐和季胺盐复配物为主的连续缓蚀剂+咪唑啉和吡啶衍生物为主的预膜缓蚀剂,现场应用后腐蚀速率控制在0.043 2mm/a。优选的L360抗硫钢和缓蚀剂在普光气田湿气输送集输工艺得到成功应用。

抗硫套管钢P110SS在高含H_2S/CO_2条件下的硫化物应力腐蚀破裂敏感性

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)方法研究了抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力开裂(SSC)敏感性。结果表明,在腐蚀环境中P110SS的力学性能和塑性损伤比较严重;随着温度、H2S/CO2分压升高,P110SS力学性能和塑性损伤逐渐减弱,SSC敏感性降低,温度起主导作用;SSC敏感性由高到低顺序:井口工况条件>井中部工况条件>井底工况条件;井口工况是防范SSC的重点。

四丙氟橡胶在硫化氢与二氧化碳混合气相环境中的耐老化性能

研究了3种四丙氟橡胶(100 S、VTR-8802和TP-2)在不同温度、二氧化碳含量和硫化氢含量条件下的耐高温高压硫化氢老化的性能。结果表明,100 S在硫化氢环境中具有较好的耐高温性能,100 S和VTR 8802在二氧化碳含量较高的硫化氢环境中具有较好的耐老化性能,VTR 8802的耐高含量硫化氢的性能较好,而TP-2在本研究测试条件下的耐硫化氢老化性能较差。

高温高压H_2S/CO_2环境中镍基合金825的腐蚀行为

针对高含硫油气田开发过程中所面临的材料腐蚀问题,采用高温高压哈氏合金反应釜,对镍基合金825在高含量H2S/CO2环境中的腐蚀行为进行了研究,利用SEM、EDS、电化学等手段分析了腐蚀试样的微观形貌和结构特征,探讨了腐蚀机理。结果表明,在高温高压H2S/CO2环境中825合金腐蚀很轻微,其最大腐蚀速率仅为0.068mm/a,应力腐蚀试样表面没有出现裂纹,但有点蚀,点蚀在晶界处形核,表明镍基合金的晶面为其薄弱环节,容易遭到破坏。

微乳液法合成新型可见光催化剂BiVO_4及光催化性能研究

以Bi(NO3)3、NH4VO3为原料,采用微乳液法合成了新型可见光活性的钒酸铋(BiVO4)光催化剂,并利用XRD、SEM、XPS、BET等技术手段对其进行了表征.以可见光(λ>400nm)为光源,以甲基橙的光催化降解为模型反应,考察了BiVO4的可见光催化性能.结果表明:采用微乳液法通过调节合成温度,可得到不同晶相的BiVO4光催化剂.四方相BiVO4在低温下首先生成,随温度升高四方相开始向单斜相转变.可见光催化实验结果表明,四方相和单斜相共混的BiVO4的光催化效率最高,3h内使甲基橙的脱色率达到99.9%.

添加β沸石的烃类裂化催化剂性能研究

采用固体硅源、铝源和四乙基氢氧化铵(TEAOH)在极浓体系中成功合成了硅铝摩尔比(SiO2/Al2O3)分别为30和150的β沸石。同时用硅铝摩尔比为30的β沸石为原料,在70℃下采用草酸脱铝制备了硅铝摩尔比接近150的样品。直接合成或经脱铝改性的β沸石采用XRD、SEM、吡啶吸附红外光谱和N2吸附对其晶相、酸性、比表面积和孔体积进行了表征。将三种β沸石分别作为烃类裂化催化剂的活性组分添加剂,对其催化剂的性能进行了评价。结果表明,三种β沸石的引入都可以提高裂化催化剂的活性和改善产品分布,低硅β沸石催化剂能改善催化剂的异构化反应性能和提高乙烯、丙烯的选择性,高硅β沸石或脱铝β沸石催化剂有利于裂化汽油中烯烃的芳构化和C4烯烃产率的提高,并可减少结焦。

CO2腐蚀速率半经验预测模型研究

以Nesic机制为基础,建立了新的腐蚀速率预测模型,着重考虑了离子在流体边界层和腐蚀产物膜中的传质速率,提出了腐蚀产物膜因子的实验确定方法。进一步,通过高温高压CO2腐蚀的实验,给出了从具体实验结果来分析和确定腐蚀产物膜影响因子的技术。分析了矿化度对腐蚀速率的影响规律,结果表明模型与实际情况符合良好。

Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢组织与性能的影响

采用Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理，利用扫描电镜、透射电镜研究其微观组织，使用XRD分析残留奥氏体的含量，并通过拉伸试验、冲击试验研究了Q-P-T工艺对钢力学性能的影响。结果表明，20SiMn2MoV钢经Q-P-T处理获得了板条马氏体＋残留奥氏体＋弥散析出碳化物的组织，残留奥氏体含量为4％～7％。淬火介质温度越高，残留奥氏体含量越高，钢的塑性、冲击韧性越好。碳分配时间应适中，过短则奥氏体稳定化不够，过长则发生碳化物析出及残留奥氏体分解。当淬火介质温度为90℃，碳分配60s时，钢的抗拉强度为1344MPa，伸长率达18．8％，强塑积为25267MPa·％，具有优良的强塑性匹配。

高含硫气田集输管材耐腐蚀评价

高含硫气田采气工程金属管材的腐蚀评价包括硫化氢应力腐蚀开裂、氢致开裂、电化学腐蚀3个方面,模拟工况应综合考虑H2S/CO2分压、温度、气液相、单质硫、流动条件、应力加载和矿化度等评价条件。采用淬火加回火工艺制造的L360QCS直缝埋弧焊钢管,硫(0.02%)、磷(0.003%)元素含量控制低,硬度小于248HV,在模拟普光气田高含硫集输工况的条件下没有发生氢致开裂和硫化氢应力开裂,管材的抗硫性能较好。

“零保温”淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响

研究了＂零保温＂淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响。实验表明,常规热处理制度下,20SiMn2MoV钢的低温冲击韧度不满足API-8C标准,而＂零保温＂淬火温度为910~950℃时,其冲击韧度及拉伸性能均满足标准要求。＂零保温＂淬火温度为870～950℃时,随淬火温度的升高,20SiMn2MoV钢试样的冲击韧度逐渐升高;与常规的热处理工艺相比,＂零保温＂淬火试样的晶粒度要高出一个等级,这是材料具有优良强韧性的主要原因。

元素硫对抗硫套管钢P110SS腐蚀行为的影响

采用高温高压反应釜模拟含H2S/CO2的工况,研究了硫元素对P110SS钢在含H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响。溶液中含硫后,P110SS钢腐蚀速率和腐蚀严重程度均明显提高。虽然P110SS钢试样未发生硫化物应力开裂,但硫的存在使P110SS钢试样的基体发生严重腐蚀而损失掉很多部分。

元素硫沉积环境中P110钢腐蚀特征的对比

通过模拟普光气田元素硫沉积环境,应用腐蚀失重法探讨了油套管用P110钢在不同温度、不同酸性条件硫沉积环境中的腐蚀失重规律,并辅以扫描电镜、能谱等技术研究了腐蚀产物膜的形貌、成分及结构。结果表明:P110钢在元素硫沉积的各环境条件中腐蚀速率极高;同时,由于两相中P110钢的腐蚀机理存在差异,在相同温度、相同酸性条件中硫相的腐蚀速率高于液相;随着腐蚀溶液初始酸性的增强,H+去极化作用增强,且内、外层腐蚀产物膜的硫含量均有所降低,对基体的保护性变差,腐蚀程度逐渐加重。