基于气-固两相流喷嘴实验的20G钢冲蚀机理研究

目的由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑。方法基于ASTM-G76测试标准,采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法,利用空气射流冲蚀实验机,开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验;采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备分析试样表面冲蚀形貌及特征;采用Ahlert冲蚀模型对实验数据进行拟合,建立20G钢的冲蚀率方程。结果当冲击速度(15~72 m/s)增大时,冲蚀率随之增大。当冲击角度(15°~90°)增加时,冲蚀率随之减小。冲蚀面积随着冲击角度的增加而减小。在低冲击角度下(15°、30°),固相颗粒的“犁削”为主要冲蚀及材料移除机制。在中等冲击角度下(45°、60°),冲蚀机制呈现混合形式,犁削、压实与开裂共同作用于材料表面。在高冲击角度下(75°、90°),以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制。结论在气固两相流作用下,20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律。颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制,颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素。建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程。

不同工况下20g钢及焊缝材料的棘轮-疲劳行为

对焦炭塔用20g钢和焊缝材料,分别在20、250、495℃下进行单轴拉伸实验和非对称应力循环实验。结果表明,两种材料的屈服强度随温度的升高而降低,焊缝材料的屈服强度和抗拉强度明显高于20g钢的。不同温度下,两种材料在非对称应力的加载下,均会产生棘轮行为,循环周次随平均应力和应力幅值的增大而缩短,棘轮应变速率越快,循环周次越短。在250℃下,由于动态应变时效作用,20g钢和焊缝材料呈现出循环硬化特性,只有在高应力水平下才会出现明显的棘轮行为,而在低应力水平下则表现出准安定状态。

20G钢管表面激光熔覆非晶合金复合涂层的耐腐蚀性能试验研究

利用激光熔覆技术在20G钢表面熔覆合金涂层,分析了激光熔覆层的微观组织,利用高温腐蚀试验和烟气模拟腐蚀试验测试激光熔覆层的耐腐蚀性能。结果表明:细小晶粒与有较高韧性的非晶相夹杂并弥散于金属间化合物的复合组织具有良好的抗高温腐蚀、抗烟气腐蚀性能,可应用于垃圾焚烧锅炉受热面,改善其表面的耐腐蚀性能。

20G钢输气管线腐蚀失效研究

针对某20G钢输气管线腐蚀穿孔失效,对管线失效特征和腐蚀环境特征进行了分析,试验研究了20G钢的组织结构、腐蚀速率及腐蚀产物,探讨了20G钢与环境介质的相互作用。结果表明:腐蚀失效发生在沟壑积液处;20G钢是铁素体和渗碳体的复相组织,晶粒粗大,在液相中具有较高的腐蚀破坏风险,CO2和Cl-是影响腐蚀的主要因素,腐蚀速率随它们的含量增加而增大;腐蚀产物沿晶面条状堆垛易引发局部腐蚀,使腐蚀产物膜鼓包并破裂,Cl-对其具有促进作用,导致管线局部穿孔失效。由此对该油田所属气井输气管线进行了腐蚀失效风险预判,提出了防腐措施。

20G钢锅炉弯管蚀孔的失效分析

对20G钢锅炉弯管的点蚀孔洞,用光学显微镜观察其显微组织,用直读光谱仪和电子探针对腐蚀前、后20G钢的成分和腐蚀产物进行了分析,讨论了产生点蚀孔洞的原因,并提出了提高弯管使用寿命的措施。

20G钢在高含Cl^-乙二醇溶液中的腐蚀机理研究

通过高压釜试验研究了20G钢在高含Cl-乙二醇溶液中的腐蚀行为,用能谱(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对腐蚀产物膜进行成分分析,试验结果表明:20G在乙二醇溶液中生成的钝化膜较薄,其主要成分为Fe2O3,FeOOH。在溶液中水的作用下,由于氧化膜溶解,形成阳离子层促使钝化膜形成。在闭塞区,当孔内溶解的电流密度大于溶解产物由孔内向孔外的传质速度,腐蚀性加强。

20G钢表面喷涂MoB/CoCr金属陶瓷涂层的组织性能研究

在20G钢换热管表面上利用低压等离子喷涂(LPPS)制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)对涂层的物相组成、微观组织和成分进行了表征,并对涂层的结合强度和抗热震性能进行研究。研究表明:喷涂前后涂层的物相相差不大,涂层为层状结构;涂层与20G基体之间、表面涂层与过渡涂层之间结合良好,涂层致密;涂层具有良好的结合强度和抗热震性能,在熔融Al-12.07%Si中经过1080 h腐蚀后,涂层基本保持完好,具有很好的抗熔融铝硅腐蚀性能。

20G钢非金属夹杂物的行为研究

针对某钢厂在生产20G钢初期,存在表面裂纹,低倍检验不合格的问题,对其生产过程中非金属夹杂物类型、数量、来源、尺寸及分布进行了综合分析。研究表明:正常铸坯中显微夹杂物平均总体积率0.149%,连浇坯中显微夹杂物平均总体积率为0.184%;正常坯中大型夹杂物平均含量为1.81 mg/kg,连浇坯中含量为3.31 mg/kg,其夹杂物主要来源于结晶器液面保护渣,其次中包覆盖剂和钢包渣卷入也是钢水污染的一个原因。

20G无缝钢管穿孔泄漏失效分析

基于腐蚀环境和基材相互作用机理,结合管材、腐蚀产物、水质等因素,分析了某20G无缝钢管穿孔泄漏失效原因。结果表明:钢管穿孔泄漏主要是由于管内介质环境引起20G无缝钢管发生局部腐蚀,水质较差偏硬,Cl^-和F^-等腐蚀性离子的存在促进了点蚀环境的形成,导致无缝钢管穿孔泄漏。建议改善水质处理及监测,并采用耐点蚀的Cr-Mo低合金钢管替代现有20G钢管。

20G和2．25Cr—1Mo钢氢蚀后的疲劳性能

对２０Ｇ和２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢经不同程度氢蚀后的常规力学性能与疲劳裂纹扩展行为进行了对比研究。并对氢蚀组织变化与裂纹扩展路径进行了显微观察。结果表明，氢蚀使２０Ｇ钢的疲劳裂纹扩展速率明显增大；扩展门槛值在氢蚀起始阶段显著降低，随后又呈增加趋势，对２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢，由于元素Ｃｒ，Ｍｏ的作用，其氢蚀程度远低于２０Ｇ钢，从而未造成疲劳裂纹扩展速率的明显改变，分析表明，氢蚀后疲劳裂纹扩展门槛值的上升可以归因于曲折开裂路径造成裂纹闭合效应的增加。

20g钢的冲蚀磨损性能的研究

采用气流喷砂型实验机,试验研究20g钢的冲蚀磨损性能。结果表明,20g钢是典型的金属塑性材料,其耐冲蚀磨损性能比较差。其冲蚀率峰值出现在30°附近(在本实验条件),其冲蚀磨损机理在攻角小于30°之前以切削模型为主,在攻角大于30°之后以局部塑性变形模型为主。其冲蚀磨损没有明显的孕育期,直接进入了持续期,冲蚀失重随冲击时间的增加而增加。冲击速度对20g钢的冲蚀磨损有很大的影响,其冲击速度与冲蚀率成指数关系,在本实验条件下,其指数为2.23。表明在高速时,20g钢的冲蚀磨损严重。

20g钢珠光体球化后拉伸断裂过程组织变化

采用现场金相显微镜对珠光体球化的20g钢拉伸过程进行了原位观察,用扫描电镜分析变形组织及裂纹。结果表明:珠光体发生球化的20g钢在拉伸过程中,在某些晶粒内部首先发生变形,产生大量的滑移带,并在晶界处产生塞积。随后其它部分晶粒转动,形成对变形有利的取向,各晶粒协调变形。拉伸过程中,裂纹首先产生于试样边缘的珠光体组织。试件内部,微裂纹空洞在铁素体和珠光体的晶界处萌生,由于应力集中,产生扩展连接,呈穿晶和沿晶断裂。

某石油注汽锅炉水冷壁管20G钢的泄漏原因分析

某石油注汽锅炉在生产作业中发生水冷壁管线爆管泄漏。为查明水冷壁的泄漏原因,对泄漏管段进行了化学成分分析、力学性能测试、显微组织分析和扫描电镜及能谱分析。结果表明,泄漏管段向火面壁厚减薄严重,且存在内壁麻坑、微裂纹以及非金属夹杂物超标等原始制造缺陷;其内部高温汽水介质中含有微量的Cl^(-)、S^(2-),运行一段时间后,向火面缺陷部位优先发生腐蚀溶解而造成管壁不断减薄,最终,管子因剩余壁厚不能满足强度要求而发生爆管。

十八胺在20G碳钢表面高温成膜条件研究

采用均匀试验设计,进行了高压釜挂片试验,并通过膜性能检验和测试试验评价了试片的成膜效果,考察了温度、十八胺浓度、恒温时间和pH值等4个因素对十八胺在20G碳钢表面高温成膜特性的影响。研究表明,上述因素影响大小的次序为:pH值>温度>十八胺浓度>恒温时间,且十八胺在20G碳钢表面的最优成膜条件为:pH在8.7～9.0之间,十八胺质量浓度为60～70mg/L,温度为470～480℃,恒温时间为3～4h。

20G钢焊接接头组织对其电化学行为的影响

分析了20G钢焊接接头的显微组织,并在33%NaOH溶液中测定了焊接接头的焊缝中心、热影响区、基体的阳极极化曲线,结果表明,20G钢捍接接头热影响区由于晶粒粗大、组织形态及成分不均匀,导致该区域成为20G钢焊接接头应力腐蚀断裂最敏感区域。

多次返修对锅炉用20g钢接头金相组织的影响

文中对２０ｇ材料多次返修对接头的焊缝及热影响区组织进行了分析研究，结果表明，多次返修后接头晶粒并未严重粗化。本文最后还就细化晶粒，以改善接头质量所应采取的措施进行了探讨。

基于正交试验研究20G钢的CO_2腐蚀行为

通过正交试验法研究了6种因素对20G钢CO_2腐蚀行为影响,采用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对20G钢表面腐蚀产物膜进行了分析。结果表明:20G钢在CO_2腐蚀过程中,温度是最大的影响因素,其次是氯离子; 20G钢在CO_2环境中的腐蚀产物主要为FeCO_3,其形貌对腐蚀速率有一定的影响。

20g钢在高温下的断裂行为

对20g钢的高温断裂行为进行了试验研究：高温断裂韧性的温度和应变速率效应；裂纹扩展速率da／dt与C*积分的相关性。试验结果表明，断裂韧性Ji值随应变速率的增大而有较大幅度的降低；在同一应变速率下，温度400℃时的Ji值小于500℃时的。在C*=10-4～10-1J/mm2·min的负我强度下，da／dt与C*积分相关；C*积分可作为裂纹扩展速率的控制参量。温度400℃下裂纹扩展速率da／dt明显地大于500℃下的da／dt。因此，在温度400℃左右时更应尽量避免超载。

20G和12Cr1MoVG无缝钢管低温形变退火研究

研究了低温形变退火生产的20G、12Cr1MoVG热扩无缝钢管的显微组织、晶粒度、非金属夹杂物和室温力学性能,参考GB5310-2008对试验结果进行了评价,并与原管和热扩后经后续热处理的钢管比较。结果表明,低温形变退火生产的20G、12Cr1MoVG热扩无缝钢管和经后续热处理钢管的显微组织、晶粒度、非金属夹杂物和室温力学性能,均符合GB5310-2008对20G、12Cr1MoVG的要求。这为进一步推广生产流程简单、质量稳定、经济实用的热扩工艺奠定重要基础。

20G冷拔高压锅炉钢管中魏氏组织的生成及消除

魏氏组织是20G冷拔高压锅炉钢管所不允许的异常组织。理论与生产实际分析表明,魏氏组织产生的根源是成品管正火工艺的控制或操作不当造成的。提出了消除魏氏组织的措施。