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

1、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隨著我國(guó)各主要油、氣田已逐漸進(jìn)入了開(kāi)采的中后期階段 , 開(kāi)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(diǎn) 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(duì)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(jī)理，并就如何進(jìn)一步改善熱浸鍍后N80鋼的防腐、力學(xué)性能進(jìn)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(duì)

2、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(gè)方面進(jìn)行分 析比較。通過(guò)對(duì)三種工藝的研究來(lái)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(duì)于鍍層總厚度 , 鈍化法的最厚 , 二浴法的次之 , 一浴法的最?。欢鴮?duì)于鍍層 致密性及耐蝕性 , 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(duì)擴(kuò)散型熱浸鍍鋁層裂紋和空洞的影響 ,采

3、用 JHM-1GY-40C型YAG晶體）激光器對(duì)擴(kuò)散型熱浸鍍鋁 Q235鋼的表面進(jìn)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(jì)等設(shè)備對(duì)激光處理后鍍鋁層的顯微形貌、 組織結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行 了分析。通過(guò)測(cè)定在3.5%NaCI水溶液中陽(yáng)極極化曲線,討論了激光重熔處理對(duì)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%NaCI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E相(FeAI2)向低鋁B 2相(FeAl)的轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致鍍層顯微硬度和脆性 降低, 鍍層

4、綜合性能得到改善。通過(guò)比較鍍鋁前后非調(diào)質(zhì)N80鋼的顯微組織和力學(xué)性能，研究了熱浸鍍鋁過(guò) 程對(duì)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(shí)驗(yàn)法對(duì) 鍍鋁后的N80鋼進(jìn)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(zhǎng)大、珠光體部分球化, 使其強(qiáng)度、塑性有所下降,其中抗拉強(qiáng)度下降了 13%不能滿足API SPEC 5CT標(biāo) 準(zhǔn)的要求。通過(guò)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(qiáng)度由663MPa提高至810845MPa塑性和沖擊韌性等力學(xué)性能也有所改善, 但增加了生產(chǎn)成本且鍍鋁層會(huì)發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)而使鍍層耐蝕性有所下降。通過(guò)試驗(yàn)研究，本文

5、提出采用高溫?zé)峤冧X一水淬一高溫回火的方法來(lái)對(duì)非 調(diào)質(zhì)N80鋼進(jìn)行處理，此方法在獲得質(zhì)量良好的鍍鋁層的同時(shí)，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(jiǎn)單,成本較低。 采用靜態(tài)浸泡試驗(yàn)和電 化學(xué)試驗(yàn)研究了熱浸鍍鋁對(duì)非調(diào)質(zhì) N80鋼防腐性能的影響，并且,為了進(jìn)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 敷納米環(huán)氧涂層 , 研究?jī)煞N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 AI2O3保護(hù)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(shù)脂涂層因具有表面光滑、與鋁鍍層結(jié)合力強(qiáng) 可使鋁鍍層與環(huán)境隔離等特點(diǎn) , 而使熱浸

6、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(shù)脂復(fù)合涂層均可以進(jìn)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(shù)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(guò)對(duì)非調(diào)質(zhì)N80鋼熱浸鍍55%AI-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(guò)靜態(tài)浸泡試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)研究了熱浸鍍 55%AI-Zn 合金后N80鋼在不同腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性；通過(guò)拉伸和沖擊試驗(yàn)研究了熱浸鍍 Al-Zn合金過(guò)程對(duì)N80鋼力學(xué)性能的影響。非調(diào)質(zhì)N80鋼熱浸鍍55%AI-Zn后，在3%NaC水溶液及人工配制的腐蝕介質(zhì) 中的耐蝕性均顯著提高 ,接近于熱浸鍍鋁后的耐蝕性。同時(shí) ,熱浸鍍過(guò)程使 N80 鋼基體的組織變得更加均