油管离子渗氮方法及防腐耐磨性能分析

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1、油管离子渗氮方法及防腐耐磨性能分析ResearchonOilPipelinesCorrosionandWearResistancePropertybyPlasmaNitridingMethod傅乐荣1牛君2左治江1（1．江汉大学机电与建筑工程学院，湖北武汉430056；2大安恒锐采油设备有限公司，吉林大安131322）SchoolofMechanical-electrical&ArchitectureEngineering,JiangHanUniversity,Wuhan,430056DaanHengruiOilEquipmentCo.,Ltd.[摘要]对油管内壁进行离子渗氮以提高其

2、使用寿命，是一种国内外还未用于油管批量生产的新工艺方法，本文介绍了油管离子渗氮的基本原理和工艺，对离子渗氮油管的耐磨性和耐腐蚀性能进行了测试，结果表明，离子渗氮油管不仅具有高的耐磨性，还提高了油管的耐腐蚀能力。Abstract：Plasmanitridingoilpipelinesinnerwallcouldincreaseitsservicelife,whichisanewprocessmethodthatdidn’tapplytobatchproductionindomesticandforeignatpresent.Thispaperintroducedthebasicprin

3、cipleandtechnologyofplasmanitridingprocess.Thewearresistanceandcorrosionresistanceweretestedafterplasmanitridingtreatment.Theresultsshowedthatplasmanitridingoilpipelinesnotonlyhadhighwearresistance,butalsoimprovedthetubingcorrosionresistance.[关键词]油管离子渗氮耐磨性耐腐蚀性能Keywords：oilpipelines；Plasmanitrid

4、ing；wearresistance；corrosionresistance[中图分类号][文献标识码][课题项目]本文系武汉市科技攻关项目“大装炉量油管内壁离子渗氮工艺分析与设备研制”（项目编号：201010621230）的研究成果利用大型卧式油管离子渗氮专用设备，对油管进行离子渗氮处理，其内壁表层获得了较为均匀的渗层，表面硬度达到～550Hv，实际使用寿命提高了3倍以上[1]。作为提高油管寿命的新工艺，与其它方法相比，离子渗氮的突出优点是，同时提高了油管内壁的耐磨性和耐腐蚀性能，并且渗氮层不剥落，使用安全可靠，离子渗氮油管在降低生产成本、延长油井免修期方面具有明显的优势，其性价比

5、远远优于现有的所有油管。本文介绍油管离子渗氮工艺并对离子渗氮后油管的耐磨性、耐腐蚀性的试验结果进行简要的讨论。1．油管离子渗氮方法本文研究的油管采用J55钢管，油管长9600mm，外径73.02mm，壁厚5.51mm。离子渗氮设备为自行研制的超大型卧式油管离子渗氮专用炉（见图1），装炉量为64根油管。由于油管形状特殊，属于超细长形金属管，其长径比（油管长度与外径之比）超过150。如果采用普通离子渗氮方法，即炉体接电源正极，油管接电源负极，则由于存在“无限长管电场屏蔽”5现象，油管内无电场或电场很弱，不能提供轰击工件的氮离子和氢离子，因而达不到使油管内壁渗氮的目的。资料[2]表明，采用

6、普通离子渗氮方法对细长金属管内壁进行离子渗氮，其长径比大于15，其渗氮效果明显下降。解决这个问题的关键就是要保证油管内存在足够高且均匀的电场。为此，在设计离子渗氮设备时，采用了“独立阳极”结构，即在每根被处理油管中增设贯穿其中的金属棒作为阳极，从而使油管内壁能进行有效的离子渗氮。油管离子渗氮装置示意图见图2。图2油管离子渗氮示意图1－热电偶；2－炉体；3－油管；4－独立阳极；5－流量计；6－渗氮气源；7－真空计；8－可调脉冲电源；9－真空泵图1油管离子渗氮专用炉离子渗氮主要工艺参数为：炉压～120Pa；温度（550～570）℃；保温时间6h；渗氮气源为氨气。2．材料成分和试样制作方法

7、2.1材料成分J55油管材料的化学成分如表1所示，该钢具有良好的综合力学性能。合金元素Si、Mn起到强化基体的作用，少量的Al起到细化晶粒的作用。根据美国石油学会标准（APISPEC5CT）规定，J55油管的力学性能为：σb≥517MPa,σs＝(379～552)MPa。表1J55油管材料化学成分元素CSiMnSPCrNiCuAl含量（质量分数，%）0.34～0.390.20～0.351.25～1.50≤0.015≤0.020≤0.15≤0.20≤0.20