LPC稀土对ZG25CrNiMo夹杂物改性及改性后耐H2S均匀腐蚀性能的研究

论文摘要

防喷器是钻井井控装置中的核心设备,用于控制井口压力,实现近平衡或欠平衡压力钻井,提高钻井速度及质量,最大限度发现和保护油气藏,它一旦失效,将导致井喷恶性事故发生,因而是整套钻井系统中最重要的装备之一。防喷器铸件代替锻件,可以大幅度的降低能耗、降低生产成本,其材质为ZG25CrNiMo。我国油气田中硫化氢含量均较高,硫化氢对油气田设备的腐蚀较为严重,这就对ZG25CrNiMo的耐腐蚀性提出了一定的要求。LPC稀土是一种新型稀土,是富铈稀土提钕提铈后的副产品,目前应用范围有限,严重影响了我国稀土行业的发展。大量研究表明稀土可以改善钢中夹杂物的形态,尺寸,分布状况及数量从而提高其耐蚀性,本文通过实验室试验,研究分析了LPC稀土对ZG25CrNiMo夹杂物改性状况和改性后在湿H2S环境下耐腐蚀性能。主要包含以下几方面内容:（1）设计了不同含量LPC稀土的25CrNiMo铸钢,采用光学金相显微镜对夹杂物数量、大小、间距进行了定量分析,并配合使用扫描电镜和能谱对MnS、氧化物类,硅酸盐类夹杂物形貌、性质作了微区域成分分析,证明了该LPC稀土的确对相关夹杂物有变质改性的作用;（2）设计了不同含量LPC稀土的25CrNiMo铸钢,根据失重法测定了试样在H2S环境下平均腐蚀速率,证明了加入LPC稀土试样都达到耐蚀级别,而未加稀土的1#试样耐蚀性最差,四组稀土含量不同的试样平均腐蚀速率分别为0.381 g/（m2·h）,0.281 g/（m2·h）,0.251 g/（m2·h） ,0.257 g/（m2·h）,说明改性后的试样,耐蚀性均得到了一定程度的提高,但并不是稀土加入量越多越好;（3）再通过电化学实验里极化曲线的测定,根据曲线斜率的大小和自腐蚀电位的高低同样证明了0.3%LPC稀土的腐蚀速度最慢,耐蚀性最好,未加稀土的腐蚀速度最快,耐蚀性最差;（4）SEM,EDS观察分析腐蚀产物膜,稀土的加入能使表面膜从类似蜂窝,膜晶粒细小并且疏松,有很大的孔隙率,局部表层有鼓泡和脱落的状况改变为较为平整,致密,呈片状结构,所以LPC稀土的加入能有利于耐蚀性的提高;（5）结合采用XRD方法研究了加入稀土前后试样的腐蚀产物膜的物相组成,有LPC稀土加入的试样里,才有能减缓腐蚀效应的FeCO3聚合物形成,并且LPC稀土会促进不稳定的γ-FeOOH相向稳定的保护性的α-FeOOH转变,从而提高其耐蚀能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 防喷器的论述
• 1.1.1 我国防喷器的发展
• 1.1.2 国外防喷器的发展
• 1.1.3 防喷器铸件的研究意义
• 1.2 稀土概述及在钢中的应用
• 1.2.1 稀土的物理和化学性质
• 1.2.2 稀土在钢中的作用
• 1.2.3 稀土加入量及其加入方法
• 1.2.4 LPC 稀土的开发及研究现状
• 1.3 钢中非金属夹杂物的概述
• 1.3.1 非金属夹杂物的定义
• 1.3.2 非金属夹杂物的分类
• 1.3.3 非金属夹杂物对钢质量和性能的影响
• 1.3.4 非金属夹杂物的鉴定技术
• 1.4 金属均匀腐蚀性能的评定
• 1.4.1 金属腐蚀的定义
• 1.4.2 金属腐蚀的分类
• 1.4.3 ZG25CrNiMo 在湿硫化氢环境中的腐蚀研究现状
• 1.4.4 均匀腐蚀程度评定方法
• 1.5 选题意义、研究目标及主要研究内容介绍
• 1.6 本试验的技术路线
• 第二章 实验材料制备及方法
• 2.1 试验材料制备
• 2.1.1 试验合金的制备工艺
• 2.1.2 夹杂物试样制备
• 2.1.3 腐蚀试样、溶液制备
• 2.1.4 实验主要设备
• 2.2 实验过程及方法
• 2.2.1 光学金相法对夹杂物观察
• 2.2.2 SEM、EDS 对夹杂物微区成分鉴定
• 2.2.3 失重法测定腐蚀速率
• 2.2.4 电化学测定极化曲线
• 2.2.5 SEM、EDS、XRD 观察分析腐蚀产物膜
• 第三章 LPC 稀土对ZG25CrNiMo 夹杂物改性研究
• 3.1 非金属夹杂物的定量分析
• 3.1.1 非金属夹杂物的评级
• 3.1.2 非金属夹杂物单位面积上当量直径为7.5μm 个数测定
• 3.1.3 非金属夹杂物间距测定
• 3.2 非金属夹杂物的定性分析
• 3.2.1 LPC 稀土对MnS 夹杂的影响
• 3.2.2 LPC 稀土对氧化物类夹杂的影响
• 3.2.3 LPC 稀土对硅酸盐类夹杂的影响
• 3.3 本章小结
• 2S 均匀腐蚀性研究'>第四章 LPC 稀土改性ZG25CrNiMo 后耐H₂S 均匀腐蚀性研究
• 4.1 腐蚀速率定量分析
• 4.1.1 失重法评定均匀腐蚀结果
• 4.1.2 极化曲线评定自腐蚀电位结果
• 4.2 腐蚀产物定性分析
• 4.2.1 SEM、EDS 分析腐蚀产物膜结果
• 4.2.2 XRD 评定腐蚀产物膜物相组成结果
• 2S 腐蚀性能的影响'>4.3 讨论硫含量及夹杂物形态对耐H₂S 腐蚀性能的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢