5Cr油套管钢在含Cl^(-)的CO_(2)环境中的腐蚀特性研究

目的掌握油气井生产中CO_(2)腐蚀对油套管的影响规律,研究兼顾耐蚀性和经济性的5Cr油套管材料在含Cl^(-)的CO_(2)环境中不同时间下的腐蚀演变规律。方法采用XRD、XPS、SEM和EDS等技术分析5Cr油套管钢在不同时间下腐蚀产物膜的演变情况,利用丝束电极(WBE)和阻抗测试(EIS)技术对其腐蚀电化学行为进行研究。结果5Cr油套管钢腐蚀后期的平均腐蚀速率约为初期的1/2,在腐蚀14 d后,腐蚀产物膜中的Cr富集大于30%,Cr、Fe质量比达到较高水平,约为基体的15倍。随着腐蚀的进行,电荷传递电阻和产物膜覆盖引起的电阻增大,电化学反应阻力增大。在腐蚀前期具有局部不均匀性,随着腐蚀的进行,电极腐蚀电位有负移现象,最终分布区间为−0.59~−0.61 V,电极表面阳极电流区域大幅减少。结论在腐蚀时间延长的条件下,5Cr油套管钢腐蚀产物膜的致密性增加,电荷传递电阻呈变大趋势。在产物膜下的5Cr油套管钢区域,电流发生由阴极向阳极极性转变的现象,产物膜存在的孔隙使5Cr油套管钢基体金属被腐蚀,从而导致阳极电流的出现。表面局部腐蚀电位阳极区的形成和扩展使其有产生点蚀的倾向,但腐蚀产物逐渐沉积在点蚀坑内壁,形成了Cr富集的保护性表面层,原发生点蚀区域由原阳极活性点位转变为阴极区,对其发展起到了抑制作用。

MIL-101(Cr)-NH_(2)负载Ag催化4-硝基苯酚加氢研究

通过水热法制备出MIL-101(Cr)-NH_(2),以MIL-101(Cr)-NH_(2)为载体采用浸渍还原法得到Ag/MIL-101(Cr)-NH_(2)催化剂。通过XRD、N_(2)-吸附脱附曲线和TEM手段对催化剂进行表征。研究了Ag/MIL-101(Cr)-NH_(2)催化4-硝基苯酚(4-NP)加氢生成4-氨基苯酚(4-AP)的性能。结果表明,3wt%Ag/MIL-101(Cr)-NH_(2)样品的催化加氢性能高于其它样品,仅用4 min可将4-NP催化加氢全部转化为4-AP。因此Ag/MIL-101(Cr)-NH_(2)催化剂具有较好的催化4-NP加氢性能。

层间温度对CMT电弧增材制造2Cr13不锈钢薄壁件成形及组织和性能影响

该文利用冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)技术,使用电弧丝材增材制造系统制造2Cr13马氏体不锈钢单道多层薄壁试样,并研究了不同层间温度(100℃,150℃和200℃)对薄壁试样表面成形,微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,较高的层间温度会使得薄壁成形件整体温度升高,散热状况变差,熔池高温存在时间增长,熔融金属流动性增强,最终导致成形件表面变差甚至塌陷。成形件中部组织在经历反复加热和冷却过程后,主要由极为细长的板条马氏体组成,并伴有少量铁素体以及沿铁素体晶界析出的碳化物。靠近重熔区位置由于熔池的热作用会导致马氏体组织过热而发生相变,形成密集的铁素体。随着层间温度减小,成形件晶粒尺寸和分布更为细小均匀;另外,弥散分布在铁素体晶界上的碳化物阻碍位错运动,两者的共同作用使得显微硬度和抗拉强度随层间温度降低而升高,同时拉伸试样的断后伸长率也随之增大。拉伸断裂形式均为韧性断裂,随着层间温度的减小,同取样方向上拉伸试样断口尺寸越来越大,韧窝也越来越深。

一种2Cr13原奥氏体晶界显示方法

本文介绍了一种通过预制金相检验平台显示2Cr13原奥氏体晶界的方法。根据调质处理过程中产生的氧化层的自身特征,通过预制金相检验平台和适当的金相制样方法,获得了清晰的2Cr13原奥氏体晶界,为晶粒度检验提供了图像基础。

80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

TiB_(2)含量对基于PLC控制的激光选区熔化成形TiB_(2)/4Cr13钢复合材料组织与性能的影响

采用机械球磨和激光选区熔化成形方法,制备了不同TiB_(2)质量分数(0.6%,1.2%,1.8%)的TiB_(2)/4Cr13钢复合材料,研究了TiB_(2)含量对复合材料物相组成、微观形貌、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:复合材料由α-Fe、γ-Fe、TiB_(2)等相组成;随着TiB_(2)含量的增加,复合材料的相对密度降低;当TiB_(2)质量分数为0.6%时,复合材料的组织最为细小均匀,随着TiB_(2)含量的继续增加,晶粒尺寸增大,且组织中出现裂纹、微孔等缺陷;随着TiB_(2)含量增加,复合材料的硬度降低,摩擦因数和磨损率增大,点蚀和自腐蚀电位降低,自腐蚀电流密度增大,耐腐蚀性能变差。

喷丸对4Cr5Mo2V钢高温摩擦磨损性能的影响

对4Cr5Mo2V钢试样进行3道次复合喷丸,通过与未喷丸试样对比,研究了喷丸对试验钢表面形貌、显微组织、硬度、残余应力以及高温(100,300,500℃)摩擦磨损性能和机制的影响。结果表明:喷丸处理显著提高了试验钢表面粗糙度,使试验钢表面形成了明显的塑性变形层、硬化层与残余压应力层;在100,300,500℃下,与喷丸前相比,喷丸后试验钢的磨损率分别降低了41.8%,17.1%,63.3%,耐磨性能的提高与喷丸产生的硬化层和残余压应力层有关。在100,300℃下,喷丸前后试验钢的磨损机制均主要为黏着磨损和磨粒磨损,而当温度升高至500℃时,磨损机制为氧化磨损,喷丸试验钢仍能保持较高的硬度与残余压应力,同时表面氧化层更致密稳定,仅发生轻微氧化磨损。

新型冷作模具钢9Cr5Mo2V不同热处理下的性能研究

以新型冷作模具钢9Cr5Mo2V为研究对象,通过淬回火温度对硬度的影响规律,选出5种不同的热处理工艺,对比不同工艺下模具钢的横、纵向冲击韧性、抗弯强度和耐磨性能,并与7Cr5Mo2V钢进行对照。结果表明,9Cr5Mo2V钢在1030℃淬火、520℃回火热处理下具有极佳的硬度(63.6 HRC)和耐磨性能(260.16 min/mm3);970℃淬火、520℃回火热处理后,其纵向平均冲击功最高,达62.83 J;经970℃淬火、210℃回火热处理后,9Cr5Mo2V钢具有优良的抗弯性能,纵向抗弯强度为3621.9 MPa。9Cr5Mo2V钢的纵向冲击功和抗弯强度均高于横向的纵向冲击功和抗弯强度。

乳液界面法制备ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合材料增强光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

利用乳液界面法制备的复合材料在增强光催化活性方面具有显著优势。通过乳液界面法制备了ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合光催化材料,利用X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、比表面积及孔隙分析、紫外-可见漫反射光谱等分析方法对催化剂结构进行了表征,考察了复合材料光催化还原六价铬(Cr(Ⅵ))的性能,探讨了光催化反应机理及催化剂的重复利用性。结果表明,乳液界面法会显著影响ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合材料的光电性质,当ZnCl_(2)和NH_(2)-MIL-125(Ti)掺杂质量比为1∶6时,在催化剂质量浓度为0.4 g/L、pH=2、甲醇添加量为0.5 mL条件下,复合材料紫外光催化还原Cr(Ⅵ)的效率最高可达95%,循环使用5次后还原效率为75%。

H_(2)O_(2)改性香蕉秆生物炭的结构变化及对玉米幼苗Cr吸收的影响

为研究过氧化氢(H_(2)O_(2))对香蕉秆生物炭的改性效果及改性后生物炭对铬(Cr)胁迫下玉米Cr吸收的影响,采用不同浓度H_(2)O_(2)对300℃下制备的生物炭进行改性,分析其结构特征的差异,并将改性生物炭应用于Cr胁迫下的玉米生长体系中,研究改性生物炭对Cr胁迫下玉米植株生长及Cr吸收积累的影响。结果表明:随着H_(2)O_(2)浓度的升高,生物炭表面含氧官能团数量增多,其芳香性减弱、极性增强。改性后生物炭表面光滑,孔直径增大,其比表面积和孔隙体积随H_(2)O_(2)浓度的升高而减小。20%、30%H_(2)O_(2)改性生物炭主要通过官能团的吸附作用固定重金属,降低其生物活性,减少玉米对Cr的吸收积累。20%、30%H_(2)O_(2)明显改变生物炭的表面结构,有利于缓解重金属Cr对玉米植株的毒害,30%H_(2)O_(2)改性生物炭对Cr胁迫下玉米的生长具有促进作用。

回火温度对2Cr10NiMo中铬合金钢组织及性能的影响

以2Cr10NiMo合金钢为研究对象,采用DSC曲线确定合金钢的淬火温度,研究不同回火温度对其组织及性能的影响。结果表明:经1050℃油淬与水淬后,组织均为马氏体+少量残余奥氏体。随着回火温度从200℃升高至350℃,硬度从49.5 HRC降低至46.2 HRC,冲击韧性则先升后降。350℃回火,合金钢出现低温回火脆性。250℃回火,冲击试样的断口有大量韧窝,属于韧性断裂。热处理态合金钢耐磨性与铸态的相当,磨损机制主要为显微切削。

基于静电和金属络合协同作用的MIL-101(Cr)-NH_(2)高效吸附水中单宁酸

通过水热法制备了一种氨基改性的MIL-101(Cr),采用静态吸附法研究了MIL-101(Cr)-NH_(2)对废水中单宁酸的吸附性能。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和氮气吸附法表征了材料的结构和形貌,研究了pH值、吸附时间、初始浓度及离子强度对其单宁酸吸附性能的影响,探究了其对单宁酸的吸附机理。随着溶液pH增大,MIL-101(Cr)-NH_(2)对单宁酸的吸附量逐渐升高,最佳pH为7.0。MIL-101(Cr)-NH_(2)对单宁酸的吸附过程符合拟二级动力学模型、Freundlich模型和Temkin模型,说明吸附过程为多层化学吸附。扩散模型拟合结果表明,膜扩散和粒子内扩散同时控制吸附过程。在T=303 K、pH=7时,MIL-101(Cr)-NH_(2)饱和吸附量高达2031 mg/g。通过Zeta电位和FTIR等表征分析发现,单宁酸主要靠静电作用和金属络合作用被吸附在MIL-101(Cr)-NH_(2)上。

H_(2)S在Cr(111)面上吸附与解离的第一性原理研究

采用了第一性原理研究了H_(2)S在Cr(111)面的吸附解离过程,利用吸附能、吸附构型和偏态密度图(PDOS)研究了H_(2)S及其解离产物在Cr(111)面上的吸附情况,都偏向倾斜吸附在Cr(111)面.同时研究了HS/H和S/H共吸附情况,得到共吸附物质在Cr(111)面上有明显的相互作用.最后使用线性同步和二次同步变换方法确定了解离反应的过渡态,了解到第一、二步解离的活化能分别为1.65 eV、0.82 eV,H_(2)S分子在Cr(111)面上的解离过程是放热反应,反应能为-2.90 eV.

1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢的电化学腐蚀行为

为探究氯离子环境下阳极极化对于马氏体不锈钢的腐蚀行为、再钝化行为的影响,采用循环极化、恒电位极化、电化学阻抗谱等电化学测试方法,并利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线光电子能谱等手段研究阳极极化电位对1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢耐蚀性的影响,分析了材料点蚀与再钝化的行为过程,以及耐蚀性与钝化膜成分的关系。结果表明,钝化区低电位下极化时表面不发生点蚀,钝化膜中Cr_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)含量占比增加而氢氧化物减少,增强了钝化膜的稳定性,材料耐蚀性提高;钝化区高电位下极化时电化学阻抗谱低频区出现感抗弧,材料表面形成稳态点蚀,蚀孔呈半椭球形,蚀孔内表层Cr、Mo含量升高而Fe、Ni含量降低;在混合电位下降至保护电位后发生再钝化现象,修复后的钝化膜较薄,阻抗值减小,点蚀敏感性增加。

Li(Sc,M)Si_(2)O_(6)∶Cr^(3+)(M=Ga^(3+)/Lu^(3+)/Y^(3+)/Gd^(3+))的近红外发光性能

荧光转换型近红外发光二极管(NIR pc-LED)具有体积小、谱带宽、峰位易调谐等优点,是新一代NIR光源发展的前沿,其关键在于研发可被蓝光有效激发的高效率宽带近红外荧光粉。LiScSi_(2)O_(6)∶Cr^(3+)荧光材料的激发波长为460 nm,发射峰位在845 nm,光谱带宽为156 nm,内量子效率为64.4%。基于该体系,本文通过M离子(M=Ga^(3+),Lu^(3+),Y^(3+),Gd^(3+))取代Sc^(3+)的方式对其性能进行调控。结果表明,引入M离子易生成杂相或发生相变,降低了材料的发光性能。本文从晶体结构出发对其调控过程进行了分析。

温度对1Cr钢CO_(2)腐蚀行为的影响

为了提高石油管材的抗腐蚀性能并兼顾一定的经济性,低铬含量的钢受到油气田越来越多的关注。利用高温高压釜模拟CO_(2)腐蚀环境,研究温度对1Cr钢失重腐蚀行为和电化学腐蚀行为的影响,并采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)分析了不同温度下1Cr钢表面腐蚀产物的形貌及组分特征。结果表明:在60~120℃范围内,随着温度的升高,1Cr钢的腐蚀速率先增加后降低,在80℃时腐蚀速率达到最大值。随着温度进一步升高,腐蚀产物膜变得更加致密均匀,提高了电荷转移电阻。同时高温下Cr元素在产物膜中的富集也提高了腐蚀产物膜电阻,最终导致100℃和120℃下1Cr钢腐蚀速率降低。

(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷结构与性能的影响

在开放体系下采用高温碳管炉制备了(Cr,La)_(2)(C,N)粉末,并将其作为添加剂制备Ti(C,N)基金属陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电镜、万能力学试验机及维氏硬度计等设备研究了(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明,(Cr,La)_(2)(C,N)的添加能够有效细化Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相晶粒,其中Cr、La元素主要固溶于粘结相,La元素促进了硬质相的溶解–析出过程,金属陶瓷的抗弯强度、硬度以及断裂韧性等力学性能得到明显改善。当添加(Cr,La)_(2)(C,N)的质量分数为5.0%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的综合力学性能达到最佳,抗弯强度为2002 MPa,维氏硬度为1643 MPa,断裂韧性为11.22 MPa·m^(1/2)。

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

ABiCl_(0.7)I_(0.3)-ZnFe_(2)O_(4)复合材料的制备及其Cr(Ⅵ)还原

采用水热法成功合成ZnFe_(2)O_(4)材料,利用原位生长法制备一系列ABiCl_(0.7)I_(0.3)-ZnFe_(2)O_(4)复合材料。通过在可见光照射下对Cr(Ⅵ)的光降解效果评估ABiCl_(0.7)I_(0.3)-ZnFe_(2)O_(4)复合材料的光催化性能,结果表明,ABiCl_(0.7)I_(0.3)-ZnFe_(2)O_(4)比ABiCl_(0.7)I_(0.3)(ABiClI)或ZnFe_(2)O_(4)(ZFO)具有增强的光催化活性,其中ABiClI-ZFO-1对Cr(Ⅵ)具有最好的去除效率,在可见光照射30 min后,对Cr(Ⅵ)的去除率达到100%。通过电化学阻抗谱(EIS)和光致发光(PL)对载流子行为的研究表明,固溶体和异质结的协同作用共同促进了光生电子(e-)和空穴(h+)的高效分离和转移,从而产生更高的光催化活性。