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  • MP35N合金圆钢抗二氧化碳腐蚀性能研究

    作者:admin发表时间:2022-08-05

      摘要∶研讨了在仿照大庆油田井下的腐蚀环境中Ni-Co-Cr-Mo合金MP35N的抗Co2腐蚀功用.用高温高压釜进行了Ni-Co-Cr-Mo合金MP35N的腐蚀实验,并选用SEM、EDS和XPS等测验手法剖析了腐蚀产品膜的形貌和组成.结果表明∶Ni-Co-Cr-Mo合金MP35N的腐蚀速率在所有实验条件下均归于轻度腐蚀,表面腐蚀产品膜较薄,整体归于均匀腐蚀.腐蚀产品膜主要由Co、Cr、Ni、Mo的氧化物和氢氧化物构成。

      跟着石油天然气工业的迅速发展,Co2腐蚀作为一种常见的腐蚀类型已经成为困扰我国石油天然气工业发展的一个极为突出的问题。Co2水溶液虽然是电离度低的弱酸,但是归于缓冲溶液,其氢离子可不断向金属表面搬迁,满意阴极反响所需的消耗量。

      因此,在相同的pH值下,Co2水溶液对钢材的腐蚀程度比盐酸还要严重.本文选用美国进口应用于抗硫测井钢丝的MP35N合金,以大庆油田为布景,在仿照其现场高温高压腐蚀环境的基础上,选择必定范围内的改动温度以及不同的压力参数条件,对MP35N进行了高温高压Co2腐蚀失重实验及分析,为大庆油田合理选材供给了参考根据。

      实验选用材料为Ni-Co-Cr-Mo合金MP35N、其化学成分为(mas%)∶C0.02,Mn1,Cr19.79,Ni34.69。Co33.41,Mo10.05,Ti1.0,S和P的含量均小于0。01%。材料试样尺寸为∶25mm×25mm×2mm。将样品用水砂纸逐级打磨至800目后抛光,用丙酮脱脂后,用去离子水清洗,乙醇脱水,冷风吹干后备用。

      腐蚀试验设备选用克己的50MPa动态高温高压釜,腐蚀介质选用模仿大庆某油田采出水,其成分组成为∶NaHCo:3011。21mg/L,CaCl297。32mg/L,MgCl2324。70mg/L,NaCl2714。10mg/L,其余为去离子水。闭合高温高压釜后,通入高纯N24h除O2,再通入高纯Co2除N24h,然后升温升压至指定参数,试验温度为60、90、120、150、175℃,Co2摩尔含量为5%(由初始Co2气压操控),试验压力为5、10、15、20、25、35、45MPa,试验时刻均为4d。

      试验验完毕后用去离子水冲刷试样除去腐蚀介质,并用硬毛刷除去腐蚀产品,然后放入盐酸脱膜液中,进一步清除腐饨产品膜。经酸洗的试样立即用去离子水清洗,然后放入浓度为6%的NaOH溶液中浸泡1~2min,中和后的试样再用去离子水冲刷,冷风吹干后放入于燥皿中静置24h后称重;用于腐蚀产品膜剖析的试样用去离子水清洗,丙酮脱脂、冷风吹干后置于单调皿中待用。

      选用TG328A型电子剖析天平(精度操控在0.0001g)称重,选用扫描电子显微镜对试验试样进行SEM和EDS剖析,选用岛津KRATOSX射线光电子能谱仪对试验试样进行XPS剖析。

      图1为在温度60~175℃、CO2摩尔含量5%和压力为5MPa~45MPa的条件下MP35N腐蚀4天后的腐蚀速率曲线。可以看出腐蚀速率整体变化不大,只是在120℃、5MPa处出现一个极大值.根据NACE在标准RP-0775-91中对CO2腐蚀程度的规定,此实验条件下,MP35N的腐蚀速率均属于极轻度腐蚀.2.2MP35N的腐蚀形貌实验发现,MP35N在温度120℃,压力5MPa时腐蚀速率最大,因此将选取此条件下的MP35N进行腐蚀形貌分析。图2为MP35N腐蚀产物膜的扫描电镜照片。

      图2为MP35N的CO2腐蚀产物膜形貌图,可以观察到MP35N经CO2腐蚀实验后表面出现浅浅的沟渠状形貌,均匀分布在合金表面;局部放大后可以看到膜表面沟渠的分布是杂乱不规则的,没有发生严重的局部腐蚀、整体属于均匀腐蚀,但在沟渠的地方有可能发生点蚀和孔蚀等局部腐蚀。

      图3是MP35N在温度120℃,压力5MPa时所得的CO2腐蚀产物膜的能量散射光谱分析图(EDS),由图可知腐蚀产物膜主要由Cr、Ni、Co、Mo、O、C等元素组成,而且在MP35N表面并没有发现Cl的存在。表明在腐蚀速率最大的时候,基体表面属于均匀腐蚀。

      图4是镍基合金MP35N在温度120℃,压力5MPa条件下CO2腐蚀产物膜中六种主要元素的X射线光电子能谱(XPS)图。

      对图4和表1分析可推知,在5MPa,120℃条件下MP35N腐蚀表面并没有形成以碳酸盐为主的CO2腐蚀产物膜;而是由一层较薄的金属钝化膜覆盖表面,这层钝化膜主要包括的成分可能有CoO、Cr2O3、Cr(OH)3、CrOOHNiO,Mo,Os,CoMoO4∶而O1s的峰值对应的结合能为531。26eV和532。26eV,分别对应的是氢氧化态和氧化态;C1s的峰值对应的结合能为284。80eV和288。35eV,主要对应的单质C和有机物,可能来自外来的C污染。总的来说,MP35N的腐蚀产物膜中的主要组成元素Co、Cr,Ni和Mo可能主要是以氧化态和氯氧化态形式存在的。

      MP35N含有比较高的Cr、Ni、Co、Mo等元素,其中Cr有利于在合金表面形成致密的富铬钝化膜;Ni、Co能有效地稳定基体结构,同时还能够扩大合金在非氧化性介质中的钝化范围,提高合金在氧化介质和还原介质中的耐蚀性;Mo能够增加合金在还原性介质中和在含氯离子介质中的耐蚀性能,同时它还有非常明显的抑制点蚀和晶间腐蚀的倾向。

      温度对CO2腐蚀的影响作用主要有三个方面∶①温度升高,各个腐蚀反应进行的速度加快,促进腐蚀;②温度升高,腐蚀性气体(CO2)在介质中的溶解度降低,抑制腐蚀;③温度升高,腐蚀产物的成膜机制以及在介质中的溶解度发生变化,可能促进腐蚀,也可能抑制腐蚀。由此看来,温度首先影响腐蚀产物膜的形成机制,继而因腐蚀产物膜的保护性不同而影响了腐蚀速率。温度在这三个方面所起的综合作用,使得MP35N的腐蚀速率在整个实验温度条件下变化不大,并在一定温度下(120℃)取得极大值。

      由图1可以看出,随着压力的增大,MP35N的腐蚀速率总体变化也不大。只是在温度120℃、压力5MPa条件下出现了一个极大值。而此条件正处于CO2的超临界转变区间,当CO2成为超临界流体后,在水中溶解度大大增加,并可携带液相水分子扩散到气相,对合金腐蚀性也随之增强,腐蚀速率也随之升高。但过高的压力又抑制了腐蚀产物膜的传质能力,导致在高压下,MP35N的腐蚀速率大幅降低。

      镍(Ni):镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源(价格高),尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

      铬(Cr):在合金钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,同时降低塑性韧性。铬又能提高钢的氧性和耐腐蚀性,因而不锈钢,耐热钢的重要合金元素。

      钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。合金钢中加入钼,能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

      钴(Co):钴是稀有的贵重金属,用于特殊钢和合金中,耐热强钢和磁性材料。

      MP35N是一种时效硬化镍钴基合金,它具有一系列独特的性能-超高强度、韧性、延展性和卓越的抗腐蚀性能。MP35N在硫化氢、食盐水及其它氯化物溶液中可抗腐蚀。它在海水和其他恶劣的环境中还具有优良的抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀破裂的能力。适用于需要高强度高、高模数和良好耐蚀性相结合的地方。该合金还可应用于医疗设备和牙科用品。

      高温条件下机械特性优良否环境温度下耐腐蚀是高温条件下耐腐蚀和机械性能优良是耐氧化是沉淀物可硬化。

      (1)MP35N腐蚀速率在所有实验条件下均属于极轻度腐蚀,具有非常良好的抗CO2腐蚀性能。

      (2)MP35N表面均匀分布一层较薄的腐蚀产物膜,并有浅浅的沟渠状形貌、整体属于均匀腐蚀。

      (3)从表面成分组成来看,MP35NCO2腐蚀产物膜,而是由一层较薄的金属钝化膜覆盖表面,其成分是主要元素的氧化物和氢氧化物。风景

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