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QPQ技术对材料力学性能和抗蚀性影响的研究

李远辉  
【摘要】: QPQ技术的实质是在盐浴渗氮或盐浴氮碳共渗之后,再进行盐浴氧化、抛光和二次氧化的工艺方法。此技术在汽车、模具等耐磨性要求较高的行业已经得到了广泛的应用。近年来,QPQ处理的工件良好的耐磨性和高抗蚀性的结合引起了其它行业的重视,如活塞杆、石油开采等行业。 活塞杆等以前使用镀铬技术的产品,因环保问题的原因,现在普遍采用QPQ技术进行处理。在这些产品中,国内外对耐磨性和抗蚀性都有较高的要求。这为QPQ技术的推广提供了一个极好的舞台。石油管在从出厂到放入油井中使用这段时间之内,直接放在大气之中,经常在下井时,油管表面已经生锈,这必然影响石油管在下井后的使用性能。这两种情况都要求QPQ处理的产品有较好的在大气条件下的抗蚀性。 在本论文的研究中,针对上述两个实际应用中的问题,采用了两种试验方法评价QPQ处理后试样在大气下的抗蚀性。第一种方法是将QPQ处理试样放入3‰H_2O_2+10%NaCl(以重量百分比计算)溶液中做浸泡腐蚀试验。用精度为万分之一克的电子天平称量试样浸泡前后的质量,计算腐蚀质量损失。第二种方法是将原材料加工成Φ20×100mm的圆柱试样,经QPQ处理后把试样放入盐雾试验箱中,做5%NaCl溶液中性盐雾试验,试验温度35℃,试验时试样与垂直方向成30°。 通过分析各种工艺因素对QPQ处理的试样在大气中抗蚀性的影响规律,最终获得能得到最佳抗蚀性的工艺。首先是工件在QPQ处理前的预处理过程中,尽量清洗干净,活化金属表面。第二,工件初始表面粗糙度应保持在0.18微米以内,以防工件表面峰谷中的污垢影响渗氮。第三,在QPQ盐浴渗氮过程中,调整好炉子中盐浴的状态,使渗氮工件的化合物层有尽量多的致密层和较少的疏松层,让闭塞电池没有形成条件,从而可以提高抗盐雾试验的能力。第四,渗氮后进行氧化,在表面形成更抗蚀的四氧化三铁氧化膜,进一步提高抗蚀性。第五,对氧化后的工件进行抛光,抛光应抛掉表面疏松层。抛光后进行二次氧化。第六,氧化后用密封剂浸渍,进一步弥补氧化膜的不均匀和破损所带来的对抗蚀性的损失,填充可能未完全抛掉的孔洞。待密封剂干后,将试样浸防锈油。 目前,我国许多主力油田已进入中、高含水开发期,随着综合含水的不断上升,油、气、水集输系统的腐蚀日趋严重,腐蚀成为影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素,是造成管道事故的最主要原因。油管在油井中服役时,既要求具有高的抗蚀性,也要求承受一定的应力。 本论文针对油管在油井中使用的实际情况,利用高压釜腐蚀试验来评价QPQ处理的N80钢的抗CO_2腐蚀性能。试验时,采用油田模拟溶液作为腐蚀介质,在放入试样后,先对高压釜通入高纯氮气2小时除氧,然后再充入CO_2至设计压力。 为评价油田中使用油管时的抗H_2S腐蚀性能,采用了抗H_2S恒载荷拉伸试验。通过未处理的试样和QPQ处理试样的对比,评价QPQ处理试样的抗H_2S腐蚀性能。 针对石油管服役时的力学性能要求,我们采用API 5CT标准规定的具体方法,制作标准试样,通过常规力学拉伸试验和冲击试验,获取QPQ处理试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和冲击功的试验数据,分析QPQ工艺参数变化对力学性能的影响规律。 通过上述试验,获得了能够同时满足抗蚀性和力学性能要求的处理N80钢石油管的QPQ工艺,主要要求渗氮温度在650℃以上,渗氮时间90分钟左右。在QPQ处理后,需要在密封剂中浸泡,然后浸防锈油。


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