氮对Cr13钢组织及耐CO2腐蚀性能的影响研究.pdf

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1、第42卷第3期化工机械329氮对Crl3钢组织及耐C02腐蚀性能的影响研究+张旭昀州芦海俊1许东饶2孙振旭3毕凤琴1王勇1(1．东北石油大学机械科学与工程学院；2．大庆油田工程建设集团有限责任公司建材公司石油石化设备二厂；3．中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院)摘要以Crl3钢为母材，采用真空等离子电孤炉制备不同含氮量的Crl3舍金，分析氮含量对其金相组织和维氏硬度的影响，并通过电化学测试研究制备合金在含CO，腐蚀介质中的腐蚀行为，分析其耐蚀机理。研究表明：含氮Crl3钢组织为黑色索氏体：和共晶莱氏体，氮的加入减少了6铁素体含量，增加了奥氏体含量，合金

2、组织均匀，无明显偏析；氮的加入(由于其固溶强化作用)改善了Crl3钢的机械性能，提高了铜的硬度，并随着氮含量的增加，其硬度增大；合氮Crl3钢在含CO：腐蚀介质中维钝电流较小，击穿电位较大，钝化稳定性增大，耐腐蚀性提高。关键词Crl3钢氮耐CO，腐蚀金相组织维氏硬度电化学测试中图分类号TQ050．4+l文献标识码A文章编号0254_6094(2015)03旬329—05随着能源工业的不断发展，人们开始开采条件比较苛刻的油气田，普通碳钢已不能满足生产需要。特别是随着深层含CO：气藏的开发和油田注CO：强化开采工艺的应用，油田钢材的腐蚀问题更加严重。如何改善钢材性能以

3、满足油气田生产需要成为材料研究者急需解决的问题。Crl3系不锈钢综合性能良好，且在湿润的CO：环境下具有优异的耐蚀性，是石油化工行业非常有潜力的耐蚀材料。但普通的Crl3钢也具有高温均匀腐蚀、中温点蚀及低温硫化物应力开裂敏感等缺陷。氮的加入可以显著提高钢的耐腐蚀能力和机械性能⋯。高氮钢性能优异，具有广阔应用前景¨1，其研究与开发应用已受到研究者越来越高的重视旧。。，但目前无法大规模推广应用高氮钢。因此，只有通过优化现有钢种成分从而提高其性能才能满足油气田生产需要。笔者以Crl3钢为基材，制备不同氮含量的Crl3钢合金，并对其进行组织分析和电化学腐蚀测试，研究氮对C

4、rl3钢性能的影响，确定其耐蚀机理。1实验采用真空等离子电弧炉制备含氮量分别为0．2％(NO．2)和0．4％(NO．4)的Crl3钢合金，并以普通Crl3钢(N0)作为比较对象。每种合金反复熔炼3次以保证其成分的均匀性。熔炼后合金的化学成分由德国Spectrolab-M10直读光谱仪测量。利用线切割将铸锭加工为块状试样，然后逐级打磨、抛光；利用硫酸铜溶液(49CuSO。+20mL盐酸+20mLH：O)对合金进行腐蚀，采用德国ZEISSAxiovert25CA金相显微镜观察试样的金相组织；用Wilson401MVA显微维氏硬度计对试样进行硬度测试。采用美国Gamry

5、PCI4／7500电化学工作站对试样的极化电阻、电化学阻抗谱及极化曲线等进行电化学测试。三电极系统的辅助电极为铂片，事国家科技重大专项“十二五”规划课题(2011ZX05016-003)，黑龙江省自然科学基金资助项目(QC2013C056)，黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(12541079)。}·张旭昀，男，1973年12月生，副教授。黑龙江省大庆市，163318。330化工机械2015年参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为砂纸打磨的有效面积1cm2的试样。EIS扫描频率为10mHz～10kHz，极化曲线扫描电位范围为一0．5～1．2V，扫描速度为0．1667m

6、V／s。腐蚀介质为氯离子浓度为3％的NaCl溶液，测试时一直通人CO，使之饱和。2结果分析与讨论2．1金相组织图1为NO、NO．2和NO．4试样的金相组织。NO的金相组织主要为马氏体、残余奥氏体、极少量粒状碳化物和沿晶分布的6共析体。Crl3钢在高温加热时会出现6铁素体，冷却时转变为碳化物与奥氏体混合物，称之为6共析体，它会降低钢的力学性能。出现8共析体和粗大晶粒时表明试样有过热现象，容易出现开裂。试样NO．2熔炼后浇锭，保温2．5h后脱模，其金相组织为黑色索氏体和白色粗大偏析的共晶碳化物，呈明显的网状分布，并保留了粗大树枝状组织，由于该锭冷却缓慢，因此偏析严重。

7、试样N0．4熔炼后浇锭，2min后脱模空冷，其金相组织为黑色索氏体和共晶莱氏体，但其网络均匀，无明显偏析。在相同腐蚀条件下，NO．4试样的耐蚀性更好。图1不同试样的金相组织含氮Crl3钢中的6铁素体含量相对于普通强烈的奥氏体稳定元素，可阻止形成应力诱发马Crl3钢减少了很多，而奥氏体含量显著增加，且氏体。组织均匀。Crl3钢中6铁素体区域相对于N0．2、2．2显微维氏硬度NO．4合金出现了位相不同的层片状组织，说明图2为不同试样的显微维氏硬度。由图2可N0．2、N0．4合金的腐蚀电位相对于Crl3钢有所知：N0．4试样的显微维氏硬度相对于N0提高了提高，更耐腐蚀；

8、与Crl3