油井管在濕硫化氫環(huán)境下應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)若干影響因素研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的迅猛發(fā)展，石油等能源的開采與輸送進(jìn)入了建設(shè)的高峰期，大口徑、高鋼級和抗腐蝕是油井管的發(fā)展趨勢。油井管的抗硫化氫腐蝕性能必須通過美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中的硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，然而試驗(yàn)過程中影響因素眾多，導(dǎo)致試驗(yàn)穩(wěn)定性大幅降低，但是目前對這方面的研究較少。本文主要利用正交試驗(yàn)和斷裂力學(xué)的基本原理研究試樣表面質(zhì)量對試驗(yàn)的影響規(guī)律，基于有限元分析和正交試驗(yàn)的方法研究試樣應(yīng)力因素對試驗(yàn)的影響規(guī)律，最后優(yōu)化試驗(yàn)的各影響因素，提高試驗(yàn)

2、的穩(wěn)定性。
　　 試驗(yàn)選擇抗硫管材BG110S為研究對象，試樣表面質(zhì)量主要從表面粗糙度和表面裂紋兩方面進(jìn)行研究。通過正交試驗(yàn)分析各磨削參數(shù)對試樣表面粗糙度的影響，并得出硫化氫腐蝕速度與試樣表面粗糙度成線性關(guān)系，試驗(yàn)得出在砂輪轉(zhuǎn)速為30m/s，工件轉(zhuǎn)速為230r/min，磨削深度為0.010mm，軸向進(jìn)給速度為0.250mm/s，砂輪顆粒度為180＃的磨削條件下，試樣的表面粗糙度對腐蝕試驗(yàn)的影響最小。基于斷裂力學(xué)的基本原理對硫化氫

3、腐蝕斷裂進(jìn)行建模分析試樣表面裂紋對腐蝕試驗(yàn)的影響，并通過模型分析得出腐蝕斷裂壽命與裂紋的長度和深度成線性反比關(guān)系，與所受載荷成平方反比關(guān)系。
　　 基于有限元軟件Deform建立了“熱—力”耦合的單粒磨削模型，仿真計(jì)算不同磨削條件下的表面殘余應(yīng)力，并通過正交試驗(yàn)驗(yàn)證了有限元模型仿真的正確性，得出了各磨削參數(shù)對試樣表面殘余應(yīng)力應(yīng)力的影響，并通過試驗(yàn)結(jié)果擬合出表面殘余應(yīng)力與硫化氫腐蝕斷裂時(shí)間成平方反比的關(guān)系，在砂輪轉(zhuǎn)速為30m/s，

4、工件轉(zhuǎn)速為460r/min，磨削深度為0.010mm，進(jìn)給速度為0.75mm/s，砂輪顆粒度為180＃的磨削條件下，試樣表面殘余應(yīng)力對硫化氫應(yīng)力腐蝕影響最小。
　　 綜合試樣表面質(zhì)量和表面殘余應(yīng)力的影響關(guān)系，試樣最為優(yōu)化的磨削條件為：砂輪轉(zhuǎn)速為30m/s，工件轉(zhuǎn)速為460r/min，磨削深度為0.010mm，進(jìn)給速度為0.25mm/s，砂輪顆粒度為180＃，試樣的表面粗糙度可以控制在0.300μm以下，表面殘余應(yīng)力在160MPa

5、左右，硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的穩(wěn)定性提高到了90％。
　　 通過批量的硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)證明最為優(yōu)化的熱處理方式為調(diào)質(zhì)處理，將試樣加熱到900-950℃，保溫120s出爐后，通過水冷60s以上，再次進(jìn)入加熱爐，加熱至650-700℃，保溫120s后出爐空冷至常溫。試樣可以獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，幾乎沒有表面裂紋，并存在表面殘余壓應(yīng)力，硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)穩(wěn)定性顯著提高；為了減小應(yīng)力環(huán)加載過程中的人為誤差和應(yīng)力環(huán)的彈性非線性誤差，提出了