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

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0.381g/(m2·h),0.281g(m2.h)，0.251g/(m2·h)，0.257g/(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。

目录

文摘

英文文摘

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

1.2.3 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

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

4.3 本章小结

第五章 讨论硫含量及夹杂物形态对耐H2S腐蚀性能的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢