海洋石油平臺用H型鋼的軋制工藝模擬與腐蝕性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，人類對于石油能源的需求越來越大。海洋石油平臺是海洋石油天然氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施，它為開發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場所。海洋平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、造價昂貴，特別是與陸地開采結(jié)構(gòu)相比，它所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，風(fēng)、海浪、海流、海冰和潮汐時時作用于結(jié)構(gòu)，同時還受到海底地震的作用和威脅。目前，海洋所用結(jié)構(gòu)材料主要就是普碳鋼和低合金高強度鋼，其中的低合金海洋用鋼不僅具有高的強度和良好的力學(xué)性能，而

2、且耐腐蝕，又經(jīng)濟，是材料科學(xué)工作者研究開發(fā)的重點。 本文參閱國內(nèi)外海洋平臺用鋼的化學(xué)成分和參考其力學(xué)性能，設(shè)計出四種鋼種，并在東北大學(xué)25kg中頻真空感應(yīng)爐分別冶煉出鋼錠。通過熱模擬研究CrMoAl系、CuPCr系鋼的加熱溫度、壓下量、終軋溫度、冷卻速度對其組織和性能的影響，設(shè)計出合理的軋制工藝方案；對于超低碳貝氏體鋼(ULCB)，采用新的RPC(Relaxation-Precipitation Controlling phas

3、e transformation)工藝，即馳豫-析出-控制相變技術(shù)，對實驗鋼進行了不同弛豫時間、不同弛豫溫度的熱模擬試驗，獲得了超低碳貝氏體鋼的各項生產(chǎn)工藝指導(dǎo)參數(shù)。將通過熱模擬設(shè)計出的軋制工藝方案用于現(xiàn)場軋制并得出6mm厚板材，經(jīng)機加工成適當(dāng)?shù)某叽绾筮M行室溫拉伸實驗和沖擊實驗，得出其力學(xué)性能數(shù)據(jù)。然后通過全浸腐蝕實驗和鹽霧腐蝕實驗，用失重法求得了四種鋼的年腐蝕率。對試樣表面腐蝕產(chǎn)物進行X射線衍射分析，確定其成分。對試樣斷面進行掃描及能

4、譜分析，觀察和分析腐蝕產(chǎn)物層厚度、腐蝕后基體形貌以及合金元素在銹層中的分布狀況和它們對鋼耐蝕性能的影響。對不同腐蝕時間的試樣進行電化學(xué)測試，最后比較它們的耐腐蝕性能。 通過對實驗鋼進行金相、透射(TEM)、掃描(SEM)顯微組織分析與力學(xué)性能以及腐蝕性能試驗的對比，發(fā)現(xiàn)對CrMoAl、CuPCr系鋼在奧氏體區(qū)的每道次12％的連續(xù)五道次壓下有利于細化奧氏體晶粒，在未再結(jié)晶區(qū)的累計壓下超過55％可以得到細化的以鐵素體晶粒為主的組織

5、，在相同的大壓下條件下終軋溫度在800℃可以獲得均勻細小的晶粒，晶粒尺寸可以達到5～10μm。CrMoAl系和CuPCr系鋼的力學(xué)性能良好，它們的屈服強度分別為470MPa和395MPa，-20℃的沖擊韌性值分別為70J/cm<'2>和57J/cm<'2>。超低碳貝氏體鋼經(jīng)過加大未再結(jié)晶區(qū)的壓下量、降低終軋溫度、軋后弛豫處理和控制冷卻，獲得了很高的強度和韌性，其抗拉強度為810MPa，屈服強度為725MPa，-20℃的沖擊韌性值達到了1

6、16 J/cm<'2>。此鋼種優(yōu)異的力學(xué)性能在于經(jīng)過馳豫處理后得到細化的貝氏體板條束組織及位錯強化、沉淀強化的作用。在腐蝕實驗中，模擬海洋石油平臺用H型鋼在海水全浸區(qū)腐蝕狀況條件下和模擬海水飛濺帶腐蝕狀況的鹽霧腐蝕條件下，年腐蝕速率由強到弱依次為CuPCr-Ⅰ、CuPCr-Ⅱ、ULCB、CrMoAl鋼。四種鋼全浸加速腐蝕20天后的腐蝕產(chǎn)物主要為FeO(OH)和FeO。對實驗鋼20天全浸加速腐蝕的極化曲線測定與平均年腐蝕速率結(jié)果完全一致。

7、鹽霧腐蝕實驗中四種鋼的腐蝕產(chǎn)物均為FeOOH，隨腐蝕時間的延長Fe<,3>O<,4>含量逐漸增加。鋼中含適量Cr元素有緩解鋼的腐蝕程度的作用，高Cr量會加速鋼的點蝕程度。Cu與P元素復(fù)合明顯改善鋼的耐腐蝕性能。鐵素體+珠光體組織鋼在電化學(xué)腐蝕微電池中，珠光體里的碳化物電位高，是微電池的陰極相，所以它們數(shù)量的增多使腐蝕電池中的陰極面積增加，從而加速了鋼的腐蝕。相比之下，超低碳貝氏體組織沒有粗大的碳化物，組織均勻，所以有相對較高的耐蝕性。通