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Incoloy 028 (UNS N08028)

隨著石油工業(yè)的發(fā)展,越來(lái)越多含H2S/CO2的酸性油氣田得到開(kāi)發(fā)。油田的苛刻環(huán)境對(duì)油氣井用材料的耐腐蝕性能提出了更高的要求,而鎳基合金有著優(yōu)良的抗酸性油氣腐蝕的性能,已廣泛應(yīng)用于油氣工業(yè)生產(chǎn)中。Incoloy 028合金作為一種高鉻鐵鎳基合金,具有良好的耐氧化性介質(zhì)腐蝕的能力,且兼具備良好的耐應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能,是一種優(yōu)良的油井管選材。

Incoloy 028合金在熱加工(包括鍛造和熱擠壓)過(guò)程中都要經(jīng)歷較長(zhǎng)的加熱過(guò)程,加熱溫度在700～1000℃之間。在這樣的溫度區(qū)間Incoloy 028合金易形成析出相。合金中不同析出相的種類(lèi)以及不同析出相的形態(tài)、數(shù)量及其分布會(huì)對(duì)合金的耐腐蝕性能產(chǎn)生各種影響。因此,研究合金中析出相的形成規(guī)律及其對(duì)腐蝕行為的影響,對(duì)于保證合金具有優(yōu)良的耐蝕性能具有重要的意義。合金中析出相的產(chǎn)生會(huì)對(duì)合金的耐腐蝕性能產(chǎn)生不利影響,而合金的熱處理工藝會(huì)直接影響合金的組織狀況。

通過(guò)JMatPro熱力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)Incoloy 028合金進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算并制定了不同的敏化處理制度,然后進(jìn)行系列的敏化處理試驗(yàn)并采用金相顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等測(cè)試方法表征了在不同敏化處理溫度和敏化處理時(shí)間下Incoloy 028合金軋態(tài)組織中的析出相的種類(lèi)、形態(tài)、分布、結(jié)構(gòu)、成分,并提出了Incoloy 028合金中析出相的形成機(jī)制。同時(shí)通過(guò)恒電位法測(cè)陽(yáng)極極化曲線(xiàn),草酸電解腐蝕試驗(yàn),硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗(yàn)等試驗(yàn)方法研究了不同敏化處理溫度和敏化處理時(shí)間對(duì)合金耐蝕性能的影響。

金相分析結(jié)果顯示,Incoloy 028合金在800℃~1000℃敏化處理時(shí)有明顯的第二相析出,在900℃下長(zhǎng)時(shí)間敏化時(shí),基體組織內(nèi)產(chǎn)生大量第二相析出。透射電子顯微分析(TEM)表明,在敏化溫度為900℃的敏化處理初始階段,合金基體中會(huì)析出針狀的σ相和顆粒狀的MC,晶界處會(huì)產(chǎn)生呈串分布的M23C6。X射線(xiàn)衍射分析(XRD)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)900℃5h然后空冷敏化處理的合金中會(huì)析出σ相。掃描電子顯微鏡(SEM)的結(jié)果分析顯示經(jīng)過(guò)2h敏化處理過(guò)后的析出相主要是σ相,能譜分析(EDS)表明這些σ相的合金元素Cr和Mo的含量要高于基體,而Fe和Ni的含量要低于基體。

Incoloy 028合金經(jīng)過(guò)敏化處理后析出相的產(chǎn)生導(dǎo)致周?chē)鷧^(qū)域Cr、Mo等合金元素含量的降低,易形成貧Cr、Mo區(qū),從而導(dǎo)致在這些區(qū)域優(yōu)先產(chǎn)生侵蝕坑和溝,造成局部腐蝕。Cl-離子在點(diǎn)蝕坑內(nèi)富積導(dǎo)致坑內(nèi)介質(zhì)環(huán)境酸化、局部腐蝕加劇使得點(diǎn)蝕坑擴(kuò)展。同時(shí)富Cr、Mo的σ相和γ相晶粒的表面部分處于鈍性狀態(tài),金屬陽(yáng)極溶解電流密度很小,而貧Cr、Mo晶界區(qū)的表面部分處于以很大的電流密度進(jìn)行活性溶解的活性腐蝕狀態(tài),從而造成晶界區(qū)優(yōu)先溶解,腐蝕不斷沿著晶界區(qū)深入,導(dǎo)致合金耐晶間腐蝕能力的下降。