奥氏体不锈钢晶间贫Cr富C区对其晶间腐蚀行为的影响机制研究

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1、中图分类号：TG174单位代码：11414学号：2012316009博士学位论文题目奥氏体不锈钢晶间贫Cr富C区对其晶间腐蚀行为的影响机制研究学科专业材料科学与工程研究方向石油石化装备用材料腐蚀行为博士生钱炯指导教师赵昆教授、陈长风教授二○一七年四月StudyontheinfluencemechanismoftheCr-depleted/C-enrichedareaatthegrainboundariestotheintergranularcorrosionbehaviourinaustenit

2、icstainlesssteelsDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,BeijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringByQianJiong（MaterialsScience）DissertationSupervisorProf.ZhaoKunProf.ChenChangfengApril,2017摘要摘要随着全球经济的快速发展

3、，人们对于能源的需求逐渐增加，因此石油和天然气工业的安全生产便显得越来越重要。奥氏体不锈钢材料凭借其优异的耐蚀性能在油气田工业中被广泛应用。晶间腐蚀是限制奥氏体不锈钢实际应用过程中最突出的腐蚀问题。通常，人们认为奥氏体不锈钢在敏化温度下在晶界析出富Cr的碳化物相是导致其产生晶间腐蚀的主要原因，而贫Cr机制是解释不锈钢晶间腐蚀的最经典理论。然而降低C含量以抑制晶界碳化物的析出，或者提高Cr含量来阻碍晶界贫Cr区的形成，并不能彻底解决奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题。因此，为更进一步的理解奥氏体不锈钢的晶

4、间腐蚀行为，本文以AISI310S奥氏体不锈钢为研究对象，系统研究了敏化温度/敏化时间、材料晶间贫Cr富C区、材料晶间腐蚀敏感性三者之间的相互关系，并揭示了在高温高压H2S/CO2环境下310S不锈钢晶间腐蚀的扩展机制，此外还进一步探究了敏化对310S不锈钢在高温高压H2S/CO2环境下应力腐蚀开裂行为的影响。本文首先利用TEM研究了310S不锈钢晶间贫Cr富C区随敏化温度、敏化时间的演化。结果表明，随敏化温度的升高，310S不锈钢晶间贫Cr区贫Cr程度变化不大，但富C区富C程度迅速升高。而经短

5、时间的敏化处理，310S不锈钢敏化态试样晶界析出相周围将形成明显的贫Cr富C区，但随着敏化时间的延长310S不锈钢晶间贫Cr富C区贫Cr富C程度先升高后降低。此外，通过SKPFM发现晶间M23C6相和富C区之间存在明显的Volta电位差。DL-EPR和高温高压H2S/CO2腐蚀实验表明，随着敏化温度的升高，310S不锈钢晶间腐蚀敏感性逐渐升高；随着时效时间的延长，310S不锈钢晶间腐蚀敏感性先升高后降低。310S不锈钢晶间富C区是诱发材料发生晶间腐蚀的重要因素。利用TEM观察310S不锈钢晶间腐

6、蚀截面可以发现，其晶间腐蚀区域腐蚀产物富含Cr、O元素，而Fe、Ni金属元素则相对贫瘠。在闭塞电池自催化机制的作用下，晶间腐蚀区尖端Cl-和S2-的水解酸化是材料晶间腐蚀扩展的主要原因。最后，通过SSRT研究发现，随着敏化温度的升高，在高温高压H2S/CO2环境下310S不锈钢断后延伸率显著降低，而其表面二次裂纹尺寸和数目则均逐渐升高。在晶界处和晶粒内部均可萌生裂纹，但裂纹扩展则主要以穿晶的方式进行。关键词：不锈钢；晶间腐蚀；应力腐蚀；H2S/CO2；SKPFM-II-ABSTRACTStudy

7、ontheinfluencemechanismoftheCr-depleted/C-enrichedareaatthegrainboundariestotheintergranularcorrosionbehaviourinausteniticstainlesssteelsABSTRACTWiththedevelopmentofglobaleconomy,people'sdemandforenergyincreasedrapidly.Asaresult,theoilandgasindustryi

8、sbecomingmoreandmoreimportant.Dependontheexcellentcorrosionresistance,austeniticstainlesssteeliswidelyusedinoilandgasfieldindustry.However,intergranularcorrosionisthemostimportantfactorlimitingtheapplicationrangeofausteniticstainlesssteels.Ingeneral,