激光熔覆Fe基高Cr涂层组织及抗CO2腐蚀性能研究.pdf

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1、724化工机械2012年激光熔覆Fe基高Cr涂层组织及抗C02腐蚀性能研究+孙丽丽+州朱闯2王勇1张旭昀1毕凤琴1(1．东北石油大学机械科学与工程学院；2．大庆油田责任公司)摘要采用激光熔覆方法制备了Fe-20Cr、Fe一30Cr、Fe-40Cr共3种不同CT含量的Fe基涂层。用扫描电镜(SEM)和x射线衍射(XRD)分析了涂层的微观组织和物相，借助电化学工作站测试了涂层在含CO：饱和地层水中的腐蚀行为，并与P1lO套管钢进行了对比。结果表明：激光熔覆Fe基含Cr涂层皆为冶金结合，熔覆层质量良好。在地层水中通入CO：后3种涂层腐蚀趋势变大，但由于表面疏松CaCO，和MgCO，产物的形成，抑制

2、了涂层的腐蚀。低cr含量的Fe-20Cr涂层具有较高的耐蚀性。Cr含量增加时，由于cr23C6、Cr7C，等碳化物在晶界处析出，产生晶体贫铬区，进而降低了高Cr舍量涂层的耐蚀性，但碳化物析出提高了涂层的硬度。关键词激光熔覆Fe基高CrCO，腐蚀饱和地层水中图分类号TQ050．4+3文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-0724-06CO：驱油作为一种提高油田采收率的三次采油技术，以其适用范围大、驱油效率高及成本较低等优势受到世界各国的广泛重视。通过将CO：注入到枯竭或开采至后期韵油气田中，可以把残留的油气推出，达到提高采收率的目的。这种驱油技术既可储存CO：又提高了油气的开

3、采量，不仅可以取得丰富的经济效益，而且具备社会效益，具有很好的发展和应用前景⋯。但CO：溶入水后对部分金属材料有极强的腐蚀性，CO：腐蚀可能使油气井管柱的寿命大大低于设计寿命。CO：腐蚀作为现代油气工业中一种常见的腐蚀行为，还会造成严重的经济损失和社会后果。激光熔覆是材料表面改性技术的一种重要方法，利用高能激光束(104一106W／cm2)在金属表面辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，以弥补基体所缺少的高性能，能充分发挥两种材料的优势。Fe基合金材料具有较高的耐磨、耐蚀性能，适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，主要由于其组分与碳钢铸铁接近，与

4、基体具有良好的楣容性，且成本低廉。笔者采用激光熔覆方法制备3种不同Cr含量的Fe基激光熔覆层，测试3种涂层抗CO：腐蚀性能和硬度，对涂层进行性能评价并分析机理，为油田CO：驱油伴随产生腐蚀及磨损问题提供理论依据。1实验过程1．1实验设备及材料采用HGL9450-000多功能数控激光熔覆设备，选择同步送粉法，将合金粉末在ZYH-20自控远红外电焊条烘干炉中100‘=c烘干2h，基体材料预热后采用同步送粉氩气保护。所选激光熔覆参数为：输出功率3．2kW，焦距395mm，扫描速率9mm／s，光斑直径5mm。熔覆基体选15。钢，预置涂层前，试样的熔覆表面经喷砂处理再用无水乙醇和丙酮清洗。熔覆+国家科

5、技重大专项十二五规划课题(2011ZX05016-003)和黑龙江省普通高等学校化工过程机械重点实验室开放课题资助项目。··孙丽丽，女，1982年3月生，在职博士研究生，讲师。黑龙江省大庆市，163318。第39卷第6期化工机械725粉末以华工325自熔性Fe基合金粉末为基(颗粒粒度38～45汕m)，3种不同Cr含量的涂层成分见表1(质量百分含量)。表13种不同cr含量粉末化学成分％1．2实验介质实验介质为模拟大庆油田饱和地层水，母液组分包括2．2949／L的NaCI、1．869／L的NaHCO，、0．0759／L的Na2S04、0．0429／L的CaCI2、0．1729／L的MgCl2·6

6、H：O。在母液中加入NaCI，配制成含cl一浓度为0．5mol／L的模拟地层水溶液。测试前在配制液中通人Ar气以排除空气，随后通人CO：至饱和，再进行涂层和P110钢腐蚀性能对比研究，P110钢的化学成分见表2。表2P110钢化学成分％元素CMnSiMoPCrS含量0．350800．350．800．O】1．800．011．3实验方法腐蚀性能测试在GamryPCI4工作站上进行，采用工作电极、辅助电极(Pt片)和参比电极(饱和甘汞电极，SCE)三电极测试系统进行电化学阻抗谱和动电位极化血线测试。涂层形貌和组织在日立S-3400II扫描电镜、牛津350能谱仪上进行测试分析。采用日本理学D／max

7、-2200X．射线衍射仪(XRD)进行物相分析，使用Cu靶，以29角进行分析得到涂层x一射线衍射谱图。采用沃伯特HV-401型显微维氏硬度计测量涂层显微硬度(载荷1．96N，加载时间10s)，测试间隔为0．25mm，测试结果3次取平均值。2实验结果与分析2．1涂层稀释率在激光熔覆过程中，由于基材的熔入而引起的熔覆合金成分变化的程度，通常用基材合金在熔覆层中所占的百分率表示稀释率‘2j：A，’72百瓦式中A．—