超级13Cr不锈钢在油田模拟液中的应力腐蚀研究

为延长超深井超级13Cr不锈钢油管的生命周期,降低生产过程中复杂钻完井工作液及地层产出流体导致的应力腐蚀,开展了应力腐蚀产生机理分析,并提出了应对策略;基于聚合成膜缓蚀机理研发了缓蚀剂;在模拟工况和标准工况下,评价了超级13Cr不锈钢在酸液及加/未加缓蚀剂的返排液中的应力腐蚀情况。结果表明,加入缓蚀剂的酸液达到缓蚀要求;在返排液中,超级13Cr不锈钢的宏观腐蚀速率较大;在酸液及返排液中,超级13Cr不锈钢发生应力腐蚀,且在返排液中应力腐蚀较严重;在实验温度为140℃、压力为10 MPa的条件下,超级13Cr不锈钢在返排液中7 d后的应力腐蚀裂纹宽度为3~5μm,而加入体积分数为1%的缓蚀剂后测试72 h,超级13Cr不锈钢试片未产生应力腐蚀,说明该缓蚀剂可抑制超级13Cr不锈钢在高温环境中的应力腐蚀开裂。研究结果对超深井钻完井安全施工及安全生产具有借鉴意义。

超级13Cr马氏体不锈钢抗SSC性能研究

采用四点弯曲实验方法、电化学测试技术及扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了超级13Cr马氏体不锈钢在模拟工况和标准工况中的H2S应力腐蚀开裂(SSC)行为。结果表明:超级13Cr马氏体不锈钢在标准工况条件下具有很高的SSC敏感性,裂纹起源于表面点蚀坑处,H2S腐蚀性气体的存在及Cl-浓度的增加显著降低超级13Cr马氏体不锈钢的点蚀电位,明显增加超级13Cr马氏体不锈钢的SSC敏感性;在模拟工况条件下,超级13Cr发生SSC的敏感性降低,没有发生开裂现象。

焊接热输入对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢电弧焊接头组织与性能的影响

在不同焊接热输入(9,13,17 kJ·cm^(-1))下对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢板进行多层多道电弧焊,研究了焊接热输入对焊接接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:不同焊接热输入下所得焊接接头焊缝和热影响区的组织均为板条马氏体、少量δ铁素体和残余奥氏体;随着焊接热输入的增大,焊缝和热影响区的板条马氏体变粗大,δ铁素体含量增多;不同焊接热输入下焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别约为810,600 MPa,均高于母材且符合项目规定,屈强比均小于0.9,接头的拉伸性能良好,拉伸后均在母材处断裂;随着焊接热输入增大,冲击吸收能量减小,焊接热输入为9,13 kJ·cm^(-1)下冲击断口中的韧窝尺寸略大且均匀,接头的冲击韧性更好;不同焊接热输入下焊缝的硬度为310~340 HV,其平均硬度高于热影响区和母材,随着焊接热输入的增加,焊缝和热影响区的硬度均略微降低。

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。

超级13Cr马氏体不锈钢在鲜酸中的腐蚀行为

通过不同温度的高温高压鲜酸(15%HCl+1.5%HF+3%HAc+4.5%缓蚀剂)腐蚀试验及极化曲线测量,研究超级13Cr马氏体不锈钢油管材质在鲜酸溶液中的腐蚀行为及其与酸化缓蚀剂的匹配性。结果表明:鲜酸中加入酸化缓蚀剂,超级13Cr的开路电位正移,自腐蚀电流密度显著降低,酸化缓蚀剂主要改变了超级13Cr的阳极过程;在较低温度条件下,超级13Cr与酸化缓蚀剂的匹配性良好;随着鲜酸试验温度的提高,超级13Cr材质的均匀腐蚀速率增大,其在160℃的均匀腐蚀速率为47.08mm/a,接近50.8mm/a;温度低于120℃,超级13Cr未出现明显点蚀,超过160℃,其点蚀程度显著增大;140~160℃应为酸化缓蚀剂缓蚀效果显著降低的突变区。

超级13Cr马氏体不锈钢在单质硫环境中的腐蚀行为

采用单质硫悬浮实验法,利用失重法、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和pH计等分析手段,研究了单质硫沉积对国产超级13Cr马氏体不锈钢在模拟高温高压环境中腐蚀行为的影响,分析了腐蚀产物的表面形貌、元素组成及其含量、组分以及单质硫对高浓度NaCl溶液酸化程度的影响。结果表明:国产超级13Cr马氏体不锈钢的耐蚀性能因单质硫的添加而降低,其均匀腐蚀速率随着单质硫含量的增大而增大,并且在90℃取得最大值,但均小于0.0125mm/a;单质硫的添加改变了腐蚀产物膜的组分,硫化物的含量随单质硫含量的增大而增大;单质硫/金属界面处的pH值因单质硫与水发生歧化反应而降低,进而降低了超级13Cr马氏体不锈钢的耐蚀性能,Cl-与单质硫协同作用进一步加剧其腐蚀。

温度对超级13Cr马氏体不锈钢CO_2腐蚀行为的影响

在模拟某油田腐蚀环境中,采用高温高压CO2腐蚀试验及SEM、EDS和XPS等测试手段,研究温度对超级13Cr马氏体不锈钢CO2腐蚀行为的影响。结果表明,在气、液两相环境下,随温度升高,超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率增大,局部腐蚀速率呈现上升的趋势;随温度升高,点蚀敏感性增强;表面钝化膜主要成分是Cr2O3。

超级13Cr马氏体不锈钢油管表面缺陷原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、金相检验和力学性能测试等方法,对超级13Cr马氏体不锈钢油管表面缺陷的形成原因进行了分析。结果表明:油管表面缺陷为折叠裂纹和轧制沟槽,其产生原因主要是工厂轧制工艺不当所致。针对该表面缺陷对油管使用寿命的影响、油管表面缺陷的修磨和检验标准等进行了探讨,建议严格油管表面质量验收标准。

超级马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo力学性能与抗磨蚀性能试验

通过扫描电镜、透射电镜、硬度与冲击试验以及冲刷磨损试验,对超级马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo在8种不同热处理工艺下的力学性能与抗磨蚀性能进行了研究。结果表明：00Cr13Ni4Mo钢在550～650℃回火后产生逆变奥氏体,逆变奥氏体降低了材料的强度与硬度,增加了材料的韧性;00Cr13Ni4Mo钢的抗磨蚀性能主要与硬度有关,而与其冲击韧性关系较小;从材料性能和经济性综合考虑,00Cr13Ni4Mo钢最佳热处理工艺为1 050℃/9h正火＋550℃/6h一次回火处理。

HCO_(3)^(-)对超级13Cr马氏体不锈钢钝化行为及点蚀行为的影响

目的研究在0.1 mol/L NaCl硼酸缓冲溶液中,研究HCO_3~–对超级13Cr马氏体不锈钢的钝化及点蚀行为的影响。方法采用动电位极化、恒电位极化、Mott-Schottky曲线、电化学阻抗谱等电化学测试手段,并结合3D超景深显微镜进行点蚀形貌观察,研究超级13Cr马氏体不锈钢的电化学腐蚀行为。结果随着HCO_3~–浓度的增加,超级13Cr的钝化区间变宽,点蚀电位向正向移动,稳态点蚀发生的敏感性降低。HCO_3~–减少了超级13Cr亚稳态点蚀数量,降低了亚稳态点蚀电流密度峰值的平均值。随着HCO_3~–浓度的增大,超级13Cr钝化膜电阻Rf升高,电荷转移电阻Rct升高,钝化膜电容Cf逐渐减小。HCO_3~–使得超级13Cr钝化膜半导体特性由n型转变为n+p型双极性,且随着溶液中HCO_3~–浓度的增大,钝化膜中的施主密度ND和受主密度NA减小。结论 HCO_3~–的加入使得超级13Cr不锈钢钝化膜厚度增大,钝化膜内点缺陷密度降低,对基体的保护作用增强,抑制了超级13Cr的亚稳态和稳态点蚀发生。

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。

125钢级超级13Cr马氏体不锈钢管生产新工艺研究

介绍了一种通过连铸坯料+热挤压生产125钢级超级13Cr马氏体不锈钢管的新工艺。实践证明:采用连铸坯料+热挤压生产的125钢级超级13Cr马氏体不锈钢管的组织均匀细小,强度、伸长率、硬度、冲击性能等均满足ISO 13680:2020标准要求,说明新工艺具有合理性。

超级13Cr不锈钢在超深超高压高温油气井中的腐蚀行为研究

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、点蚀及电偶腐蚀性能。结果表明:随着Cl-浓度的增加,超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率在气相腐蚀环境中逐渐增大,在液相中变化不大,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0.1 mm/a,局部腐蚀严重。在温度为150℃的气相环境中,超级13Cr钢的最大局部腐蚀速率可达2.1379 mm/a,其7天实验的最大局部腐蚀坑深度可达41μm。在电偶腐蚀试验中,不论是小试样模拟试验还是实物试验,P110作为阳极,腐蚀加剧,腐蚀速率增大,在电偶处发生明显局部腐蚀。超级13Cr马氏体不锈钢作为阴极被保护,腐蚀减缓,腐蚀速率减小。

ZG0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢模拟焊接HAZ组织与性能

建立ZG0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢焊接热影响区 (HAZ)CCT图 ,模拟不同焊接热循环条件下热影响区组织并对其硬度、冲击韧度及金相组织进行研究。结果表明 ,热影响区只发生A→M相变 ,相变开始点Ms 基本不受冷却速度的影响 ;随冷却速度的降低 ,硬度略有下降。与母材相比 ,模拟热影响区的硬度有较大幅度提高 ,冲击韧度有较大幅度下降 ;冷却速度对硬度和冲击韧度影响不大。在模拟多层多道焊接热循环的条件下 ,层道间的热处理作用不明显 ,5 90℃焊后热处理是使热影响区冲击韧度得以恢复的必要途径。

高温高压下超级13Cr不锈钢抗CO_2腐蚀性能

为了推进超级13Cr不锈钢在油气田中的应用,用高温高压釜系统模拟了油气田腐蚀环境,研究了超级13Cr不锈钢在动静态环境中高温高压下的CO2腐蚀行为,利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪等对超级13Cr不锈钢表面腐蚀产物的形貌及成分进行了分析。结果表明:动态腐蚀时超级13Cr不锈钢的腐蚀速率随温度的升高而增大,150℃时最大,此后腐蚀速率随温度的升高而下降;静态腐蚀速率随温度的升高呈上升趋势;动态腐蚀速率高于静态的,动静态平均腐蚀速率均较小,属于轻度或中度腐蚀,在油气田的安全使用范围之内;动静态腐蚀时超级13Cr不锈钢表面均生成均匀、致密的钝化膜层,表现为均匀腐蚀,腐蚀产物成分为不锈钢基本成分,未发现CO2腐蚀产物,超级13Cr不锈钢具有良好的抗高温高压CO2腐蚀性能。

超级13Cr不锈钢的临界点蚀温度

采用电化学测试和化学浸泡两种方法,研究了超级13Cr不锈钢的临界点蚀温度,并对其点蚀形貌进行了分析。结果表明,电化学和化学浸泡法测定的超级13Cr钢的临界点蚀温度相差了4℃,主要原因是FeCl3强烈的氧化作用促进了点蚀的发生。化学浸泡法主要适用对比评价几种材料的耐点蚀性能,电化学测试则可准确描述点蚀形成的临界条件。当温度低于临界点蚀温度(CPT)时,材料表面形成孔径小于30μm的点蚀坑,蚀坑处于亚稳态;当温度高于CPT时,为点蚀的发展提供了条件,形成稳定的点蚀。

ZG0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢的铸态高温力学性能测试研究

应用Gleeble热模拟实验机,将试棒加热升温到奥氏体化温度并保温,然后再降至测试温度,得到了ZG0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢奥氏体状态下的高温力学性能参数。与直接将试棒加热至测试温度所测试的高温力学性能对比,发现两者在400℃-800℃之间弹性模量和屈服应力存在很大差别,前者弹性模量高,屈服应力低。在铸造过程应力场数值模拟中,应根据凝固过程中的组织变化,选择相应组织的高温力学性能用于计算。

含CO_2甲酸盐完井液中超级13Cr不锈钢的局部腐蚀性能

在深井及超深井中,超级13Cr油管失效的情况时有发生。为确定超级13Cr油管在井下环境中发生点蚀及局部腐蚀的风险,采用高温高压腐蚀试验方法研究了模拟井筒环境下超级13Cr油管的表面腐蚀形貌,并通过微区电化学扫描开尔文探针(SKP)方法研究了超级13Cr在饱和CO2环境中的电位分布。通过腐蚀形貌观察发现,在高温环境下,试样表面出现明显的局部腐蚀现象。而SKP扫描结果也表明,随着浸泡时间的增加,阳极区与阴极区电位差值逐渐变大,并出现明显的电位峰值,局部腐蚀不断加速。

超级马氏体不锈钢04Cr13Ni5Mo焊接性能研究

超级马氏体不锈钢04Cr13Ni5Mo材料不仅具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、可焊接性,而且具有强度高和低温韧性好的特点。老挝东萨宏水电站尾水闸门的门槽主轮轨道即采用了厚度分别为32 mm、24 mm的该种钢板。阐述了针对04Cr13Ni5Mo钢板开展的焊接性能研究,验证了该焊条电弧焊接工艺规程是否适合于04Cr13Ni5Mo板材的焊接,获得了优良的焊接接头。

循环相变对00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢晶粒细化和力学性能的影响

研究了00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢(/%:0.009C、13.28Cr、7.37Ni、5.36Co、3 59Mo、0.66Ti)经4次860℃15 min水冷循环处理的细化晶粒工艺对力学性能的影响。以1 100℃1 h固溶处理的组织为原始组织,经3～4次循环相变处理后,马氏体时效不锈钢的晶粒尺寸由180μm细化至10μm的细小等轴晶粒。与传统1 100℃1 h固溶+450℃9 h时效工艺相比,经1 100℃1 h固溶+860℃15 min水冷α′(?)γ循环相变+450℃9 h时效的钢的屈服强度σ_(0.2)由1 420 MPa提高至1 560 MPa,伸长率δ由12.6%提高至14.9%。