【摘 要】
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钻杆接头是采油采气工作中的关键性零件,随着油气行业逐渐向远海和深井发展,井下环境越来越恶劣,对钻杆接头材料性能有更高的要求。因此,探究钻杆接头的制造工艺对提高油气开采效率和经济利益具有重要价值。42CrMo合金钢是钻杆接头常用的加工材料,而深冷处理工艺被证明可以提高材料的综合性能,因此,本文对42CrMo合金钢进行电化学腐蚀试验和应力腐蚀试验,以深冷处理工艺方案为主线,以提高42CrMo合金钢耐腐
【基金项目】
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山西省国际合作项目“抗腐蚀型高效取芯钻具及关键技术在哈萨克斯坦共和国的应用”;
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钻杆接头是采油采气工作中的关键性零件,随着油气行业逐渐向远海和深井发展,井下环境越来越恶劣,对钻杆接头材料性能有更高的要求。因此,探究钻杆接头的制造工艺对提高油气开采效率和经济利益具有重要价值。42CrMo合金钢是钻杆接头常用的加工材料,而深冷处理工艺被证明可以提高材料的综合性能,因此,本文对42CrMo合金钢进行电化学腐蚀试验和应力腐蚀试验,以深冷处理工艺方案为主线,以提高42CrMo合金钢耐腐蚀性能为目标,借助显微观察、物相分析等方法,深入研究深冷处理工艺对42CrMo耐腐蚀性的影响。论文主要研究内容与结论如下:(1)选取深冷温度作为试验变量对42CrMo合金钢进行深冷处理试验。通过扫描电子显微镜对深冷处理前后的42CrMo合金钢微观组织进行观察分析,发现深冷处理能够促进碳化物在晶粒间隙和缺陷处析出和沉淀,微观组织表现出均匀化和致密化。(2)对各工艺组试样进行电化学腐蚀试验,研究深冷处理对42CrMo合金钢电化学腐蚀性能的影响。经深冷处理后的工艺组电化学阻抗谱模值均增加,通过极化曲线对比发现自腐蚀电位均向正向移动,自腐蚀电流密度减小。在三组试验组中,-120℃工艺组自腐蚀电流密度最小,-160℃工艺组自腐蚀电流密度最大。通过扫描电镜观察试样发现表面腐蚀形貌有明显改善,说明深冷处理增加了42CrMo合金钢电化学腐蚀性能。(3)对各工艺组试样进行应力腐蚀试验,研究深冷处理对42CrMo合金钢应力腐蚀性能的影响。发现经深冷处理后的工艺组的应力腐蚀敏感指数F(δ)、F(A)均优于未经深冷处理。在三组试验组中,-120℃工艺组腐蚀敏感指数最小,值为F(A)=34.22%;-160℃工艺组腐蚀敏感指数最大,值为F(A)=39.41%。利用扫描电镜对观察试样断口,发现-120℃和-190℃工艺组的断裂方式为准解理断裂,-160℃工艺组的断裂方式为沿晶断裂是典型的解理断裂。(4)通过对42CrMo合金钢应力腐蚀进行有限元仿真模拟分析,结果显示拉伸为4mm时,随着深冷温度的降低,腐蚀电位和腐蚀介质电流密度呈现先增加后减小的趋势,深冷温度-120℃腐蚀速率最小,-160℃腐蚀速度最大。有限元仿真模拟结果与试验结果一致,说明有限元仿真模型对应力腐蚀具有参考价值。
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