高强度N80A合金变截面棒材的研制

随着舰船业的发展,舰船阀门用高强度N80A合金棒材的需求迅速增加。宝钢特钢在以往航空发动机用N80A合金棒材的基础上,进行了舰船阀门用高强度N80A合金变截面棒材的研制。通过合理控制合金中主要强化元素成分,配合最佳的锻造工艺、热处理工艺,使N80A合金变截面成品棒材的组织力学性能完全满足订货标准的要求。

N80A镍基高温叶片的研制

随着汽轮机功率等级和蒸汽参数的不断提高,高温级次动叶片的工作温度已经超过600℃。传统的动叶片材料已经不能满足叶片长期安全运行的要求。为了解决这一问题,高温级次的汽轮机动叶片已经开始采用镍基N80A材料。通过对叶根轮槽型线的特殊设计,解决了N80A叶片材料和转子材料线膨胀系数差异较大导致的变形不协调问题,并对叶片和叶轮的高温蠕变强度进行了校核,检验叶片和叶轮能否在高温下长期安全运行。

N80A合金锻环试制工艺的改进

本文主要阐述非真空感应炉冶炼N80A合金引入加中间合金来配A1、Ti，确保A1、Ti在合金冶炼过程中收得率提高并且容易控制；调整电渣重熔渣系，均匀电渣锭头尾成分且改善钢锭质量；改变电渣锭锭型以改善加工过程中合金中心金属的应力状态，以达到彻底消除合金钢锭在加工过程中形成中心部位空洞孔腔的目的。

成分对N80A合金组织和性能的影响

N80A合金具有广泛的使用前景,其标准成分范围较宽,根据服役性能要求选择合适的成分点是该合金生产的关键。文中以硼(B)和碳(C)为主要调整元素,旨在改善合金的高温持久性能,设计了三种成分合金进行组织及性能分析。研究结果表明,B元素的加人可以有效改善N80A合金的持久寿命,C、Al、Ti含量下降可以有效改善合金高温持久状态下的延伸率。

注多元热流体环境下流速对N80钢腐蚀行为的影响研究

目的研究不同流速条件下N80钢在注多元热流体环境中的腐蚀特征,探究流速变化对N80钢腐蚀行为的影响规律及机理。方法利用自制高温高压多相流冲刷腐蚀环路装置模拟不同流速(0、0.5、1.0、2.0m/s)的注多元热流体环境,采用失重法计算不同流速下N80钢的平均腐蚀速率,并同时进行原位电化学测试。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对不同流速条件下N80钢腐蚀后的腐蚀产物物相组成和表面微观形貌进行分析。结果N80钢在注多元热流体环境中的平均腐蚀速率随着流速增加而增大。流速增加影响O_(2)的扩散传质过程、近表面离子分布和壁面剪切力的大小,使腐蚀产物膜特征发生变化。0m/s时,腐蚀产物主要由FeCO_(3)和少量Fe_(2)O_(3)组成,为单层膜结构,腐蚀形态为均匀腐蚀。0.5~2.0m/s范围内,腐蚀产物种类增加,主要由FeCO_(3)、Fe_(2)O_(3)和少量FeO(OH)组成,呈双层膜结构,同时N80钢表面腐蚀产物膜出现鼓泡,且随流速增加鼓泡数量增加,去除腐蚀产物膜后发现鼓泡下方存在局部腐蚀。原位电化学测试结果表明:随着流速增加,塔菲尔极化曲线的阳极斜率增大,阴极斜率减小。电化学阻抗谱测试结果表明,N80钢表面外层腐蚀产物膜电阻Rf1、电荷转移电阻Rct和扩散电阻W随流速增加而减小。结论流速增大加快了O_(2)的扩散传质过程,使得腐蚀电化学控制步骤由阴极氧扩散过程转变为阳极溶解过程,且试样表面保护性FeCO_(3)膜厚度减小,导致产物膜保护性降低。另外,Fe^(2+)更容易被氧化形成Fe^(3+),局部FeCO_(3)被氧化成为Fe_(2)O_(3),破坏了内层膜的完整性,导致局部腐蚀发生。

氯离子质量浓度对N80稠油管柱腐蚀机理研究

使用高温高压哈氏合金反应釜模拟N80油管钢在采出液中的恶劣腐蚀环境,研究不同氯离子质量浓度(0,5000,10000,15000 mg/L)对采出液中N80油管钢的腐蚀行为及腐蚀机理的影响,利用宏观和微观手段相结合,对N80油管钢的腐蚀速率,腐蚀形貌和腐蚀产物膜结构进行分析,明确不同氯离子含量环境下其腐蚀的差异性。结果表明,在含有氯离子的对照组中,随着氯离子质量浓度提升腐蚀速率上升显著,腐蚀产物表面点蚀坑逐渐增大。这是由于氯离子破坏了原本致密的腐蚀产物膜,使碳钢再次暴露在腐蚀溶液中,加速点蚀的产生。

高温超临界CO_(2)工况下气源纯度对油套管腐蚀行为的影响

为明确CO_(2)驱油过程中,CO_(2)气源纯度对管材服役性能的影响,采用高温高压反应釜模拟了高温超临界CO_(2)工况,对N80及13Cr油套管开展了腐蚀模拟试验,结合扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法对腐蚀产物膜进行了分析。结果表明:N80及13Cr试样在低纯度的CO_(2)中腐蚀更为严重,且13Cr存在严重点蚀风险。其主要原因为高压下,低纯度的CO_(2)会使溶液中溶氧量上升并引发N80及13Cr发生严重的氧腐蚀。因此,在采用CO_(2)驱油技术时,应严格控制气源纯度。

CO_(2)驱油井环境下N80钢与3Cr13钢的电偶腐蚀行为

N80钢与3Cr13钢常作为油管和水力锚等的材料使用,在CO_(2)驱油井环境中不可避免偶接使用易产生电偶腐蚀。为此,通过开展CO_(2)环境下N80钢和3Cr13钢的腐蚀速率试验和电偶腐蚀试验,明确了CO_(2)含量、温度、压力和矿化度等因素作用下2种钢的电偶腐蚀规律。结果表明:CO_(2)驱油井中2种钢产生电偶腐蚀,3Cr13钢为阴极,且不受电偶腐蚀影响,N80钢为阳极,电偶腐蚀速率增大;且N80钢的电偶腐蚀速率随CO_(2)含量、温度、压力和矿化度的增大而增大;电偶腐蚀敏感因子随CO_(2)含量和压力增大而减小,当CO_(2)含量达到20.0%时电偶腐蚀敏感因子为负值,随温度升高先减小后增大,随矿化度增加而增大,电偶腐蚀速率最大可高于常规腐蚀69%。

N80钢在模拟减氧空气驱生产井中的腐蚀行为

为了探究N80钢在减氧空气驱生产井中的腐蚀行为,基于灰色关联分析法,分析了国内某减氧空气驱生产井的腐蚀主控因素,并以油藏模拟结果作为室内模拟参数,采用动态失重法结合金相显微镜、XRD、3D形貌等相关表征,研究了不同生产时期N80钢的腐蚀行为。结果表明:氧含量对减氧空气驱生产井腐蚀的敏感性最大,在含氧工况下,N80钢的腐蚀速率显著增加,氧含量3%(0.3 MPa)时的腐蚀速率是不含氧的5倍左右。在驱油初期,腐蚀为CO_(2)主导的局部腐蚀,腐蚀产物主要为致密的FeCO_(3)。随着注气时间的延长,井筒内为CO_(2)/O_(2)均衡环境,腐蚀转变为二者共同作用,腐蚀产物为FeCO_(3)和疏松多孔的Fe_(2)O_(3)。在持续注气3年后,生产井内为高O_(2)+低CO_(2)环境,致密的FeCO_(3)遭到破坏,腐蚀坑横向发展,腐蚀转变为由O_(2)主导的全面腐蚀。

N80 CO_(2)注气管柱腐蚀特征分析

为明确CO_(2)注入试验区N80注气管柱腐蚀特征及主控因素,通过理化性能检测实验对两注气井CO_(2)注气管柱的化学成分、拉伸性能、冲击性能、金相组织、硬度等进行了检测,通过腐蚀检测实验对典型腐蚀或失效管段表面和截面腐蚀特征进行了表征,确定了腐蚀产物种类。实验结果表明:N80注气管柱理化性能满足工程需要;注气后转注水是造成注气管柱严重腐蚀或失效的主要原因;腐蚀产物主要为FeCO_(3),符合典型的CO_(2)腐蚀产物特征;高Cl^(-)浓度地层水加速了注气管柱的局部腐蚀。因此,在后续的CO_(2)注入过程中,需采用合适的缓蚀剂或其他防腐措施,以保障CO_(2)安全稳定注入。

某油田注水井N80油管腐蚀失效分析

为了避免某油田注水井N80油管在服役过程中发生腐蚀穿孔破损,提高注水井管道使用寿命,采用测量、金相、成分分析、力学性能分析、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射等方法对失效油管进行了分析。结果表明,失效油管的化学成分和力学性能符合标准要求,失效原因主要是水体结垢,在管柱内壁形成垢下封闭环境,导致垢下局部腐蚀,且水中Cl^(-)含量较高,在Cl^(-)的渗透、催化作用下,腐蚀程度不断加剧。且由于CO_(2)及H_(2)S酸性介质的存在,也会导致管柱发生CO_(2)及H_(2)S腐蚀。多种腐蚀协同作用导致油管发生了较为严重的局部腐蚀,随着局部腐蚀的逐渐进行,最终形成腐蚀穿孔。在后续使用过程中采用缓蚀阻垢剂对管柱进行防护,从而减弱结垢对管壁造成的腐蚀,提高油管服役寿命。

热处理对N80A镍基高温组织与性能的影响

采用不同热处理制度，结合力学性能测试、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、金相显微镜（OM）等测试方法对不同状态的N80A镍基高温合金进行了研究。研究结果表明，铸态N80A合金经不同温度固溶热处理后，随固溶温度的升高，碳化物逐渐溶解，枝晶组织消失；合金经700℃／16h，AC时效后，棒状碳化物在晶内与晶界析出。对热轧态样品进行不同制度的固溶处理，随温度的升高，硬度值降低。

环境因素对N80钢在模拟油田采出液中腐蚀行为的影响

为研究不同环境因素影响下N80油管钢的腐蚀行为,采用极化曲线、交流阻抗、扫描电镜等方法研究了H^(+)、S^(2-)和Cl^(-)对N80钢在饱和CO_(2)模拟油田采出液中的腐蚀行为。结果表明:3种侵蚀性离子对N80钢腐蚀行为的影响由大到小为H^(+)、S^(2-)、Cl^(-)。随着3种侵蚀性离子浓度增加,N80钢腐蚀速率均增加。在低浓度Cl^(-)环境中,N80钢的腐蚀以阶梯状腐蚀和局部腐蚀为主,在高浓度Cl^(-)环境中,主要以点蚀为主;H^(+)会造成N80钢严重的局部腐蚀和均匀腐蚀,S^(2-)对N80钢的腐蚀失效以局部腐蚀为主。

N80钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的腐蚀行为研究

目的为解决油田现场尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中使用的N80钢油套管管柱的尿素腐蚀问题。方法采用动态高压釜模拟尿素辅助蒸汽吞吐采出井的井筒工况环境,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱仪(XPS)表征技术,研究了N80钢在不同浓度尿素溶液中的腐蚀特性。结果结果表明,高温蒸汽环境中尿素溶液对N80钢的腐蚀是活化腐蚀、均匀腐蚀,表面腐蚀产物主要组份为FeCO3,且随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物膜厚度增加,膜厚增长速率减小,对N80钢的腐蚀愈严重。对尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒而言,在有原油存在下30%浓度尿素溶液中,由于原油起到了缓蚀剂作用,不会形成严重腐蚀,且随着原油量的增加,对N80钢的平均腐蚀速率降低。对于尿素辅助蒸汽吞吐提高采收率技术而言,在满足井筒腐蚀控制要求的前提下,现场试验方案的尿素溶液浓度可以高达30%。结论N80钢能够满足尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒腐蚀控制要求,可以安全使用。

川南某页岩气井N80油管腐蚀穿孔的失效分析

为探究四川某盆地页岩气井N80油管发生腐蚀穿孔失效的原因,通过宏观观察、理化性能检测、组织分析、扫描电镜观察和能谱分析等方法,并结合现场服役工况,系统分析了某N80油管发生腐蚀穿孔的原因。结果表明:油管理化性能及材质符合要求,油管表面有大量疏松多孔的腐蚀产物,以FeCO_(3)、FeS和CaCO_(3)等形式存在且可以看到SRB细菌的聚合体,EDS结果表明腐蚀产物中含有较多的S元素。该油管的腐蚀穿孔主要是由微生物腐蚀导致,CO_(2)和油基钻井液中的高Cl^(-)的耦合作用加速了局部腐蚀穿孔,添加杀菌剂可以抑制微生物对油管的腐蚀。

多元热流体注采用N80钢管柱的腐蚀行为

通过多元热流体注采现场井下挂环表面腐蚀产物形貌和成分的分析,提出了N80钢管柱的腐蚀机理,并通过现场失效管柱的成分分析进行验证;用实验室模拟腐蚀试验研究了多元热流体温度(120~280℃)、CO_(2)分压(2~18 MPa)和O_(2)分压(0~1 MPa)对管柱腐蚀行为的影响。结果表明:管柱的腐蚀反应分为CO_(2)腐蚀、O_(2)腐蚀和氢腐蚀3类,现场失效管柱碳含量低于标准要求,验证了腐蚀机理的正确性。随着温度升高,管柱的腐蚀速率先增大后减小再增大;随着CO_(2)分压增大,腐蚀速率先基本不变后增大再趋于稳定;随着O_(2)分压增大,腐蚀速率先急剧增大后趋于稳定。

油井管用N80钢和13Cr钢在多元热流体环境中的腐蚀行为

采用高温高压反应釜进行模拟腐蚀试验,探究了油井管材料N80钢和13Cr钢在不同温度和O_(2)分压下多元热流体环境中的腐蚀行为;通过失重法评价了材料的腐蚀速率,并结合激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试方法,分析了两种材料腐蚀速率及腐蚀产物的变化规律。结果表明:当温度超过180℃时,两种材料的腐蚀速率均随温度的升高而增大,腐蚀产物中有Fe_(3)O_(4)生成;而随着O_(2)分压的升高,腐蚀产物逐渐由FeCO_(3)转变为Fe_(3)O_(4),两种材料的腐蚀速率均增大;当O_(2)分压达到0.2 MPa以上时,腐蚀产物全部转变为Fe_(3)O_(4),均匀腐蚀和局部腐蚀加重。

低温下N80钢油套管冲击韧性和断口特征研究

为了明确低温条件下油套管N80钢的韧性变化规律,利用示波冲击仪对N80钢油套管材料进行不同温度(25、0、-20、-40℃)条件下的示波冲击试验,采用SEM观察N80钢冲击试样断口形貌,研究了不同温度条件下N80钢的韧脆特性及断口裂纹扩展特征。结果表明:N80钢的冲击功随温度降低而减小,裂纹扩展功与冲击功的比值随温度升高先减小后增大再减小,起裂功与冲击功的比值随温度升高先增大后减小再增大。断口形貌分析表明,裂纹萌生及扩展的断口特性与力-位移示波冲击曲线反映出的断裂特性一致。25℃时,断口面可见裂纹稳态扩展阶段,起裂区断口为韧窝状韧性断裂;0℃时稳态扩展过程短,温度降至-20℃和-40℃时显示出解理脆性断裂特征。-20℃时为韧性和脆性断裂特征,-40℃时完全脆性化,N80钢组织中所含贝氏体和块状铁素体加剧其低温脆性断裂。

碳钢在油水混相介质中的CO_(2)/H_(2)S腐蚀行为

采用极化曲线和电化学阻抗测试,研究了N80钢在50℃的3%NaCl盐水与凝析油混相溶液中,不同CO_(2)、H_(2)S分压比(θ=PCO_(2)/PH_(2)S)条件下的腐蚀规律;采用SEM、XPS等分析了N80钢表面腐蚀产物的形貌和组成。结果表明:在饱和CO_(2)溶液中,随着H_(2)S含量的增加,碳钢电极的腐蚀减弱;当θ<20时,随着θ增大,腐蚀电流密度逐渐减小,腐蚀主要由H_(2)S控制,在N80钢表面生成了均匀致密的针状晶型腐蚀产物,主要是FeS和FeS_(1-x)膜;当20<θ<500时,随着θ的增大,腐蚀电流密度先增大后减小,腐蚀由CO_(2)和H_(2)S共同控制,钢片表面生成了多种晶型腐蚀产物,主要是FeCO_(3)和FeS_(1-x)膜;当θ>500时,随着θ的增大,腐蚀电流密度增大,腐蚀反应由CO_(2)控制,钢片表面生成了多边形不规则晶型腐蚀产物,主要是含有少量Fe_(3)O_(4)的FeCO_(3)膜。

地面管网含硫酸性腐蚀环境用缓蚀剂的性能与作用机制

为了改善地面管网含硫酸性高温环境的腐蚀问题,用微波法合成了一种N掺杂碳点缓蚀剂NCDs,采用电化学和失重法测试了NCDs在25、60、90℃下对N80钢片在模拟溶液中的缓蚀作用。结果表明,在相同NCDs浓度下,随温度的升高,缓蚀效率降低。在25℃下,缓蚀剂NCDs质量浓度为150 mg/L时的缓蚀效率达到最大,达94.16%;在60℃下,NCDs质量浓度为200 mg/L时的缓蚀效率最大,为82.92%;在90℃下,NCDs质量浓度为150 mg/L时缓蚀效率达到69.59%。对腐蚀形貌分析发现90℃时,钢片表面的腐蚀坑深度和数目最多。吸附等温曲线表明,NCDs在90℃时吸附平衡常数最大,但高温会使其局部腐蚀更严重。此外发现N掺杂碳点的吸附类型为物理与化学混合吸附。该碳点缓蚀剂可有效解决地面管道高温下的腐蚀,延长使用寿命。