非調(diào)質(zhì)N80鋼表面熱浸鍍及其復(fù)合處理層的制備與性能.pdf

1、隨著我國各主要油、氣田已逐漸進入了開采的中后期階段，開采出的石油、天然氣中，水、二氧化碳及硫化氫等腐蝕介質(zhì)的含量都逐漸增加，使得石油管的腐蝕程度日益嚴(yán)重。而目前應(yīng)用較多的防腐技術(shù)存在成本較高或耐蝕性較差等缺點，因此，尋求新的防腐技術(shù)仍然迫在眉睫。
　　 由于熱浸鍍鋁及鋁鋅合金鍍層具有良好的耐蝕性且成本較低，因此本文系統(tǒng)研究了熱浸鍍鋁及鋁鋅合金對石油管常用材質(zhì)非調(diào)質(zhì)N80鋼防腐性能、力學(xué)性能的影響及機理，并就如何進一步改善熱浸鍍后

2、N80鋼的防腐、力學(xué)性能進行了研究和探討。
　　 首先詳細(xì)研究了一浴法、二浴法及鈍化法三種熱浸鍍鋁工藝對鍍層質(zhì)量和性能的影響，從鍍層厚度、連續(xù)性、耐蝕性和顯微組織形貌幾個方面進行分析比較。通過對三種工藝的研究來確定非調(diào)質(zhì)N80鋼熱浸鍍鋁的工藝方法。三種工藝方法得到的鍍鋁層均由表面純鋁層和中間合金層組成，但在相同的參數(shù)下，鍍層的厚度、致密性及耐蝕性不同。對于鍍層總厚度，鈍化法的最厚，二浴法的次之，一浴法的最??；而對于鍍層致密性及耐

3、蝕性，二浴法的最佳，一浴法的次之，鈍化法的最差。與其他兩種工藝方法相比，二浴法工藝穩(wěn)定，得到的鍍鋁層質(zhì)量更好，因此本文確定非調(diào)質(zhì)N80鋼的熱浸鍍鋁工藝為二浴法。
　　 研究了激光重熔工藝參數(shù)對擴散型熱浸鍍鋁層裂紋和空洞的影響，采用JHM-1GY-400型YAG（晶體）激光器對擴散型熱浸鍍鋁Q235鋼的表面進行激光重熔處理，優(yōu)選出最佳工藝參數(shù)，借助于掃描電鏡、電子探針、金相顯微鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計等設(shè)備對激光處理后鍍鋁層的

4、顯微形貌、組織結(jié)構(gòu)及性能進行了分析。通過測定在3.5％NaCl水溶液中陽極極化曲線，討論了激光重熔處理對鍍鋁層耐蝕性的影響。適當(dāng)?shù)募す庵厝厶幚砜上冧X層中的裂紋及空洞，鍍層變得更加致密，從而使其在3.5％NaCl水溶液中的耐蝕性高于未激光處理的鍍層。并且其顯微組織發(fā)生了高鋁ζ相(FeAl2)向低鋁β2相(FeAl)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致鍍層顯微硬度和脆性降低，鍍層綜合性能得到改善。
　　 通過比較鍍鋁前后非調(diào)質(zhì)N80鋼的顯微組織和力學(xué)性

5、能，研究了熱浸鍍鋁過程對其力學(xué)性能的影響。為了提高鍍鋁后N80鋼的力學(xué)性能，采用正交實驗法對鍍鋁后的N80鋼進行調(diào)質(zhì)和亞溫淬火處理。熱浸鍍鋁后N80鋼組織中V、Ti等合金元素的析出相長大、珠光體部分球化，使其強度、塑性有所下降，其中抗拉強度下降了13％，不能滿足API SPEC5CT標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)處理或亞溫淬火、回火處理，可使鍍鋁后N80鋼的抗拉強度由663MPa提高至810～845MPa，塑性和沖擊韌性等力學(xué)性能也有所改善

6、，但增加了生產(chǎn)成本且鍍鋁層會發(fā)生擴散反應(yīng)而使鍍層耐蝕性有所下降。通過試驗研究，本文提出采用高溫?zé)峤冧X→水淬→高溫回火的方法來對非調(diào)質(zhì)N80鋼進行處理，此方法在獲得質(zhì)量良好的鍍鋁層的同時，得到了與亞溫淬火、回火處理后相同的力學(xué)性能，且工藝簡單，成本較低。
　　 采用靜態(tài)浸泡試驗和電化學(xué)試驗研究了熱浸鍍鋁對非調(diào)質(zhì)N80鋼防腐性能的影響，并且，為了進一步提高熱浸鍍鋁層的耐蝕及耐結(jié)垢性能，在熱浸鍍鋁層上分別化學(xué)鍍Ni-P合金和涂敷納米

7、環(huán)氧涂層，研究兩種復(fù)合鍍層的耐蝕及耐結(jié)垢性能。熱浸鍍鋁層因其表面生成了一層致密的Al2O3保護膜而使N80鋼的防腐性能顯著提高。而化學(xué)鍍鎳層和環(huán)氧樹脂涂層因具有表面光滑、與鋁鍍層結(jié)合力強，可使鋁鍍層與環(huán)境隔離等特點，而使熱浸鍍鋁加化學(xué)鍍Ni-P合金復(fù)合鍍層和熱浸鍍鋁加環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層均可以進一步提高N80鋼的耐蝕及耐結(jié)垢性能。其中熱浸鍍鋁加環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層施工方便，成本較低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 通過對非調(diào)質(zhì)N80鋼熱浸鍍

8、55％Al-Zn合金的水溶液助鍍法和電解活化助鍍法的研究和比較，提出了一種新的助鍍方法，即電解活化加浸4％K2ZrF6水溶液助鍍法。此方法可克服水溶液助鍍法和電解活化助鍍法各自的不足而得到質(zhì)量良好的鍍層。在此基礎(chǔ)上，通過靜態(tài)浸泡試驗、電化學(xué)試驗研究了熱浸鍍55％Al-Zn合金后N80鋼在不同腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性；通過拉伸和沖擊試驗研究了熱浸鍍Al-Zn合金過程對N80鋼力學(xué)性能的影響。非調(diào)質(zhì)N80鋼熱浸鍍55％Al-Zn后，在3％NaCl