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钢板成分及热处理工艺对中Cr钢耐CO2腐蚀性能的影响*

更新时间:2009-03-28

国内外大量研究结果表明,CO2驱油技术不仅可以较大幅度地提高油气采收率,还可以解决CO2的封存问题,保护大气环境。但是,CO2在提高采收率的同时也带来了严重的腐蚀问题。CO2腐蚀是世界石油工业中一种常见的腐蚀类型[1]。CO2溶入水后对钢铁有极强的腐蚀性,会使油气井管道的寿命大大低于设计寿命,低碳钢的腐蚀速率有时高达7 mm/a,在厌氧条件下腐蚀速率可高达20 mm/a,从而使油井管及地面未处理管线的服役寿命大大下降[2],造成巨大的经济损失。

3Cr钢是一种耐CO2腐蚀性能较好的经济型钢种,但其焊接性能较差,焊后接头易出现硬度过高、强度偏低等问题,不能满足DNV-OSF101管线钢标准,存在一定的开裂风险[3-4]。本研究在现有管线钢成分基础上进一步降低C含量,提高Cr含量,以期实现焊接性能与抗腐蚀性能的良好兼顾。研究针对不同Cr含量以及热处理工艺后的焊管的抗腐蚀性能进行试验,得到了较为直接的腐蚀速率与热处理工艺之间的关系,对新钢种的开发及生产具有一定的指导意义。

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1 试验材料及方法

试验钢采用真空冶炼炉(ZGJ0.05-100-2.5D)冶炼,其化学成分见表1。试验钢锻造后采用两阶段轧制控制,粗轧开轧温度为1 100℃,终轧温度为980℃;精轧开轧温度在950℃以下,终轧温度为850℃,经过6道次制成9 mm厚钢板,而后水冷。

 

表1 不同Cr含量试验钢化学成分

  

对Cr7.5试验钢进行如下热处理:回火,加热至910℃,保温1 h后进行水冷,随后加热至500℃保温,空冷;正火,加热至910℃,保温1 h,空冷。

试验采用挂片失重法,对试样挂片进行腐蚀试验,其试验装置为SC-30A超级恒温槽和烧杯,静态腐蚀装置如图1所示,腐蚀液各成分的质量浓度见表2。

  

图1 静态腐蚀装置示意图

 

表2 腐蚀溶液中各成分质量浓度 mg/L

  

试验时将20 mm×9 mm×2 mm挂片放置于装有腐蚀液的烧杯中并密封,将烧杯放置于70℃超级恒温槽中,并打开旋转开关使水温均匀,使挂片在腐蚀液中发生腐蚀反应。当达到设计的反应时间(120 h)后,关掉装置,取出挂片进行处理和观察,最后测量并记录试验数据。

该试验中的腐蚀速率计算方法[5]

 

表3所示为不同状态下晶粒尺寸的统计结果,经不同的热处理工艺所得的组织的金相照片以及EBSD照片如图6所示。从图6可以看出,在相同视野范围的显微组织照片中,经统计轧态有300个晶粒,回火态有241个晶粒,然而正火态只有76个晶粒。

[3]朱金阳.含Cr低合金管线钢的焊接性能和耐蚀性能研究[D].北京:北京科技大学,2016.

(3)3种不同Cr含量的钢种采取一定的热处理工艺下都能保证较好的可焊接性。

m k—空白试样的失重,g;

[1]朱景龙,孙成,王佳,等.CO2腐蚀及控制研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,2007,19(5):350-353.

面对汽车能源类型与汽车技术的变化,维修技术人员可以通过不断地接触电驱动理论与电驱动维修过程而自然过渡。从原来的化油器车转型到电喷车型,维修技术人员经历的也是自然而然的慢进过程,所以维修技术人员不必担心会发生突如其来的变化,不断学习做好迎新事物的准备即可。

t—试验时间,h;

目前,有多种表示碳含量及合金元素与焊接性关系的经验公式,其中最常用的有国际焊接学会(IIW)采用的Ceq公式和日本ITO提出的通常称为焊接冷裂指数的Pcm公式,具体内容为

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

试验钢腐蚀浸泡一个完整周期后,取出挂片进行观察。 图2(a)、 图2(b)以及图2(c)分别是Cr7.5钢在回火态、轧态、正火态经过腐蚀之后的挂片形貌。 图2(d)、 图2(e)以及图2(f)分别是对应的去除腐蚀产物后的挂片形貌。由图2可知,部分区域腐蚀较为严重,发生了局部腐蚀,有深黑色的腐蚀产物生成。腐蚀产物与金属基体结合十分疏松,腐蚀产物脱落严重,脱落部分肉眼可以见到金属色。去除腐蚀产物后发现腐蚀后的基体表面均匀,没有可见的腐蚀坑存在,说明没有点蚀发生。 图3为三种不同Cr含量的焊管在不同热处理工艺之后的腐蚀速率。从图3可知,Cr含量越高,耐均匀腐蚀能力越强;轧态的耐腐蚀能力最强,回火其次,正火最差。

  

图2 Cr7.5钢腐蚀后的形貌和去除腐蚀产物后的形貌

  

图3 3种热处理工艺与腐蚀速率的关系

为了研究钢材金相组织对腐蚀的影响,对Cr7.5钢在试验前进行了金相组织的采集,试验后进行了SEM照片的采集,采集结果如图4和图5所示。

表2为齿面的接触强度校核所需参数的取值,式11中参数取值如表2所示,代入数值后接触应力σH=1055.34 MPa,大小齿轮的允许范围内接触应力[σH1]=1067 MPa、[σH2]=1101 MPa,[σH1]和[σH2]的最小值大于σH,因此接触疲劳强度校核合格。

从图4和图5可以看出,不同的热处理工艺可以得到不同程度退化的珠光体组织,在SEM照片中可以看到呈短棒状的腐蚀产物。

6)卫生部令第45号《可感染人类的高致病性病原微生物菌(毒)种或样本运输管理规定》(2006-02-01施行)。

  

图4 Cr7.5钢试验前的金相组织

  

图5 Cr7.5钢试验后的SEM照片

式中:R—腐蚀速率,mm/a;

 

表3 晶粒尺寸分布统计情况

  

  

图6 Cr7.5钢经过热处理后的金相及EBSD照片

2.2 结果分析

通过图3可以发现,在相同成分下,试验钢经过回火和正火后耐腐蚀能力明显降低,且回火后的腐蚀能力优于正火。试验钢经3种不同热处理工艺后,得到的组织类型相同,均为铁素体和珠光体。

低碳钢的碳含量低,当残余的过冷奥氏体较多时,其中碳的质量分数要远低于碳的共析浓度,难以生成层片状的珠光体,过冷奥氏体内碳的分布不均匀,存在许多微小的富碳区,在富碳区易于形成渗碳体,导致周围贫碳,所以渗碳体很难形成连续的片状,多数渗碳体呈粒状、短棒状分布于铁素体基体上;即使在铁素体晶粒附近的富碳区偶尔形成少量层片状渗碳体片,因碳质量分数低,其片层间距也很大。所以,低碳钢的伪珠光体的形成过程就是珠光体退化的过程,两者同时发生,互相促进。

相比于轧态组织中晶粒尺寸的正态分布特征,正火态和回火态的组织分布比较分散,尤其是正火态晶粒组织,分散程度和分散区间都要高于回火态和轧态。正火态平均晶粒尺寸大于轧态和回火态,其晶界周长应最小,但试验结果显示正火态的晶界周长大于轧态的晶界周长。分析认为,轧态组织和正火组织都是准多边形铁素体和退化珠光体,由于轧态组织和回火组织相比于正火组织晶界更加规则和均匀,导致虽然晶粒细小,晶界长度却更小。研究表明[6]:相同的平均晶粒尺寸条件下,对于活性环境,随着晶粒度分布的增大,材料耐蚀性能会增强;而对于惰性环境,较大的晶粒度分布反而不利于材料的耐蚀性能。从晶粒度分布来看,分散程度是正火>回火>轧态,这和腐蚀速率的趋势一致,故推测,在这种腐蚀环境下,晶粒分布越分散,腐蚀速率越高。三者的平均晶粒尺寸中,正火>回火>轧态,一般平均晶粒尺寸越小,单位面积内的晶界数量和长度就越大,所以理论上腐蚀速率是正火<回火<轧态,而实际上腐蚀速率是正火>回火>轧态,所以腐蚀速率并不是和平均晶粒尺寸直接相关[7]

从单位面积内的晶界长度考虑,正火态要大于轧态,所以腐蚀速率应该是正火态>轧态,与实际情况符合,所以平均晶粒尺寸也是通过单位面积内晶界长度来影响腐蚀速率,只有当晶粒形状规则时,才可用平均晶粒尺寸代替单位面积内的晶界周长[8]

此外,由图3可知,随着Cr含量的增加,腐蚀速率逐渐降低,Cr含量的提升对提高焊管耐CO2腐蚀有着积极的作用。这是由于基体中的Cr与介质中的OH-有较强的电子亲和力,容易优先生成Cr(OH)3[9],其化学性质比较稳定并将在金属表面沉积。在腐蚀过程中,随着腐蚀产物膜FeCO3的形成和溶解,Cr元素会在腐蚀产物膜FeCO3中富集,形成Cr的氧化物或氢氧化物。这些含Cr化合物可以改变腐蚀产物膜的结构、致密性和稳定性,从而对钢的腐蚀速率进一步产生影响[10]。由于Cr元素会在腐蚀产物膜中富集,腐蚀产物膜对基体保护作用增强的原因可以归结为以下两个方面:①腐蚀产物膜的致密度增大,由于Cr的氢氧化物在腐蚀产物膜中富集,保护基体金属不受介质侵蚀,增加固溶在基体中的Cr含量,会显著增加腐蚀产物膜中Cr的氢氧化物的含量,使得腐蚀产物膜的保护性进一步增强;②膜的导电性降低,同时腐蚀产物膜具有了阴离子选择性,对介质中的腐蚀性阴离子阻碍作用较大,阻止阴离子在溶液与金属表面之间的传输过程,因此对金属基体的保护性大大增强[11]

跨年龄人脸识别是一个重要且极具挑战性的研究课题,实际生活中对护照验证、寻找失踪儿童、追捕在逃嫌犯等工作都有很大的帮助[1]。人脸老化是一个缓慢的过程,人的老化受到许多因素的影响,如基因、生活环境、生活方式、种族等,因此任何两个人的老化过程都不是完全相同的[2]。另外,图像采集的环境也是非约束的,在实际应用中识别的准确度也会受到光照、姿态、表情等因素的影响[3]。近十几年来,人脸老化吸引了许多学者进行研究,其中研究工作多集中在老化过程的模拟、年龄估计等,跨年龄人脸识别或验证的相关研究则相对较少。

3 可焊性分析

ρ—材料密度,g/cm3,钢的密度取7.85g/cm3

 

上述公式都可称为碳当量(CE)公式。

由于对低碳、超低碳钢采用Ceq公式难以真正反映钢材的焊接性,此时,作为反映钢的冷裂纹指数的Pcm公式则可更好地反映钢的焊接性。故美国石油学会在API SPEC 5L(42版)中对碳当量(CE)规定了根据C含量不同采用不同的公式计算,如在w(C)>0.12%时采用上述Ceq表达式,在w(C)≤0.12%时,则采用Pcm表达式[12]

朋比,是宋代君主特别要戒除的危险之一。而庆历新政期间,晏殊周围业已形成一个小圈子:富弼是晏殊的女婿,范仲淹是由晏殊一手推荐提拔并成为执政,欧阳修则是晏殊之门生,虽然官品不高,却居台谏之要职。因此,可以说,围绕晏殊,客观上已经形成一股不可小觑的政治势力。

经计算,本研究3种不同成分的Cr钢,其Pcm分别是0.36、0.47和0.50。根据经验可知,Cr5.5钢的焊接性能较好,Cr7.5和Cr8.5钢焊接性能稍差。北京科技大学的胡丽华[13-14]为进一步研究含Cr管线钢的焊接性,对于Cr含量的加入是否会影响材料的焊接性能进行了试验研究,采用TIG焊方法对w(Cr)=1%的管线钢进行焊接,研究表明,Cr1低合金管线钢TIG焊焊接接头母材和热影响区具有较好的冲击韧性,焊缝区的韧性相对较差;焊接接头各区域整体硬度相差不大,熔合区硬度最高,材料具有良好的焊接性能。胡丽华等人为了进一步研究Cr含量对材料焊接性的影响,采用TIG焊对w(Cr)=5%管线钢进行焊接,采用成分、力学性能与母材相近的1Cr5Mo焊丝进行焊接,研究发现,在低Cr管线钢中加入5%的Cr后,由于元素含量偏高,则合金钢的碳当量会显著提高,淬硬倾向得到了提高,则会导致焊接接头硬度有一定的提高,相应的韧性和塑性就会降低,焊接性能一般。经过焊后热处理后,淬硬组织消失,焊接接头塑性和冲击韧性能够得到很大程度的改善,接头强度与母材相近,说明焊后热处理使得其焊接接头的综合性能得到很大提高。虽然Cr8.5钢的碳当量较高,属于焊接性稍差之列,但采取焊前和焊后热处理方式可以降低焊接残余应力,并且降低冷却速度以防止热影响区出现淬硬脆化,也可以相应避免焊缝热裂纹或氢致冷裂纹的产生。此外,焊接材料的严格处理、焊丝清洗及母材坡口、合理实施焊接顺序、控制焊前冷作变形、保证坡口形状尺寸及装配间隙等工艺措施,也可以充分保证该钢种达到较好的可焊接性能。

4 结论

(1)在其他条件相同的前提下,当w(Cr)=5%~9%时,Cr含量越高,试验钢耐均匀腐蚀能力越强,Cr8.5钢比Cr5.5钢腐蚀速率降低了约64%。

(2)在其他条件相同的前提下,两种不同的热处理工艺后的耐均匀腐蚀能力为:轧态>回火>正火。对比相同Cr含量的试验钢,轧态比正火态的腐蚀速率降低了约21%。

m t—试验后的试样质量,g;

参考文献:

通过这件事,我对她的印象好多了,且不管她说话算不算数,学习总是应该的。从那以后,我们都不再荒废时间了。我虽不相信她能真来,但倘若将来见面了,总不能让她看低了。

S—试样的总面积,cm2

[2]孙建波,柳伟,路明旭.成分和组织影响钢CO2腐蚀的研究进展[J].中国腐蚀与防护学报,2008,28(4):246-249.

自上世纪中叶以来,世界经历了干旱,冰川萎缩,动植物物种变化以及海平面上升等气候问题。气候变化是对人类居住和人类生态的威胁,同时也对农业生产的质量和成本以及水体污染产生重大影响。其中许多影响将导致人们生活方式的改变,并可能进一步削弱社会和政府结构及其凝聚力[4]。因此建立一个综合评价模型来刻画一个国家的脆弱性同时度量气候变化带来的影响是很有必要的,并且此模型还应刻画出国家脆弱与否,以及指出气候变化是如何通过直接或间接方式来影响国家脆弱性的。

m—试验前的试样质量,g;

新的社会阶层人士统战工作的模式转换与发展方向——以上海市黄浦区“海燕博客”为例 ……………………………………… 肖存良(4·68)

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[7]张帅,任毅,王爽,等.回火工艺对高强度管线钢组织性能的影响[J].鞍钢技术,2009(1):18-21.

张允和和周有光的妹妹是同学,两人由此相识。两家都是望族,但周家此时已经没落,一度连周有光念大学时的学费都交不起,所以张允和常笑称自己是戏曲看多了,有“落难公子后花园”的情结,不仅没有嫌弃周家家道中落,反而认定了周有光是个“落难公子”,想去搭救他一把。

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还是柏拉图的话:“在这个世上,你总得捍卫些什么。”某次课堂上,苏格拉底拿出一个苹果,然后请学生们闻空气中的味道。有学生举手回答,说有苹果的香味。苏格拉底再举着苹果从每一位学生面前走过,并再三请学生们仔细闻闻空气中有没有苹果的味道,最后除了一个学生没有举手外,其他学生全都举手说有。这个没有举手的学生便是柏拉图,只有他坚持空气中没有苹果的香味;而他是对的,因为苏格拉底拿的是一只假苹果。

[9]王霞,张仁勇,杨大庆.热处理对X80管线钢CO2腐蚀行为的影响[J].材料热处理技术,2011,40(6):143-149.

家族企业有自己人接班、内部提升和引进职业经理人三种不同的接班模式,这三种模式都有成功的案例,有不乏像韦尔奇这样出类拔萃的内部继任者,也有像IBM的郭士纳和HP的菲奥里纳等这样杰出的“空降兵”。但从忠诚和能力两个维度分析,还是可以看出它们有不同的优劣势。具体选择哪一种接班模式,家族企业需要充分考虑内、外部因素及其对能力和忠诚两个维度的影响。企业在不同的发展阶段,家族企业规模、家族化程度等都存在着相当大的差异,影响因素有很大的变化,从而需要在不同阶段选择不同的接班模式。

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袁睿,顾洋,武会宾,吴滔
《焊管》 2018年第04期
《焊管》2018年第04期文献

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