海洋石油平臺(tái)用H型鋼的軋制工藝模擬與腐蝕性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)于石油能源的需求越來(lái)越大。海洋石油平臺(tái)是海洋石油天然氣資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施，它為開(kāi)發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場(chǎng)所。海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、造價(jià)昂貴，特別是與陸地開(kāi)采結(jié)構(gòu)相比，它所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，風(fēng)、海浪、海流、海冰和潮汐時(shí)時(shí)作用于結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到海底地震的作用和威脅。目前，海洋所用結(jié)構(gòu)材料主要就是普碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼，其中的低合金海洋用鋼不僅具有高的強(qiáng)度和良好的力學(xué)性能，而

2、且耐腐蝕，又經(jīng)濟(jì)，是材料科學(xué)工作者研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。 本文參閱國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)用鋼的化學(xué)成分和參考其力學(xué)性能，設(shè)計(jì)出四種鋼種，并在東北大學(xué)25kg中頻真空感應(yīng)爐分別冶煉出鋼錠。通過(guò)熱模擬研究CrMoAl系、CuPCr系鋼的加熱溫度、壓下量、終軋溫度、冷卻速度對(duì)其組織和性能的影響，設(shè)計(jì)出合理的軋制工藝方案；對(duì)于超低碳貝氏體鋼(ULCB)，采用新的RPC(Relaxation-Precipitation Controlling phas

3、e transformation)工藝，即馳豫-析出-控制相變技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行了不同弛豫時(shí)間、不同弛豫溫度的熱模擬試驗(yàn)，獲得了超低碳貝氏體鋼的各項(xiàng)生產(chǎn)工藝指導(dǎo)參數(shù)。將通過(guò)熱模擬設(shè)計(jì)出的軋制工藝方案用于現(xiàn)場(chǎng)軋制并得出6mm厚板材，經(jīng)機(jī)加工成適當(dāng)?shù)某叽绾筮M(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)，得出其力學(xué)性能數(shù)據(jù)。然后通過(guò)全浸腐蝕實(shí)驗(yàn)和鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)，用失重法求得了四種鋼的年腐蝕率。對(duì)試樣表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析，確定其成分。對(duì)試樣斷面進(jìn)行掃描及能

4、譜分析，觀察和分析腐蝕產(chǎn)物層厚度、腐蝕后基體形貌以及合金元素在銹層中的分布狀況和它們對(duì)鋼耐蝕性能的影響。對(duì)不同腐蝕時(shí)間的試樣進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，最后比較它們的耐腐蝕性能。 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行金相、透射(TEM)、掃描(SEM)顯微組織分析與力學(xué)性能以及腐蝕性能試驗(yàn)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)對(duì)CrMoAl、CuPCr系鋼在奧氏體區(qū)的每道次12％的連續(xù)五道次壓下有利于細(xì)化奧氏體晶粒，在未再結(jié)晶區(qū)的累計(jì)壓下超過(guò)55％可以得到細(xì)化的以鐵素體晶粒為主的組織

5、，在相同的大壓下條件下終軋溫度在800℃可以獲得均勻細(xì)小的晶粒，晶粒尺寸可以達(dá)到5～10μm。CrMoAl系和CuPCr系鋼的力學(xué)性能良好，它們的屈服強(qiáng)度分別為470MPa和395MPa，-20℃的沖擊韌性值分別為70J/cm<'2>和57J/cm<'2>。超低碳貝氏體鋼經(jīng)過(guò)加大未再結(jié)晶區(qū)的壓下量、降低終軋溫度、軋后弛豫處理和控制冷卻，獲得了很高的強(qiáng)度和韌性，其抗拉強(qiáng)度為810MPa，屈服強(qiáng)度為725MPa，-20℃的沖擊韌性值達(dá)到了1

6、16 J/cm<'2>。此鋼種優(yōu)異的力學(xué)性能在于經(jīng)過(guò)馳豫處理后得到細(xì)化的貝氏體板條束組織及位錯(cuò)強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化的作用。在腐蝕實(shí)驗(yàn)中，模擬海洋石油平臺(tái)用H型鋼在海水全浸區(qū)腐蝕狀況條件下和模擬海水飛濺帶腐蝕狀況的鹽霧腐蝕條件下，年腐蝕速率由強(qiáng)到弱依次為CuPCr-Ⅰ、CuPCr-Ⅱ、ULCB、CrMoAl鋼。四種鋼全浸加速腐蝕20天后的腐蝕產(chǎn)物主要為FeO(OH)和FeO。對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼20天全浸加速腐蝕的極化曲線測(cè)定與平均年腐蝕速率結(jié)果完全一致。

7、鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)中四種鋼的腐蝕產(chǎn)物均為FeOOH，隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)Fe<,3>O<,4>含量逐漸增加。鋼中含適量Cr元素有緩解鋼的腐蝕程度的作用，高Cr量會(huì)加速鋼的點(diǎn)蝕程度。Cu與P元素復(fù)合明顯改善鋼的耐腐蝕性能。鐵素體+珠光體組織鋼在電化學(xué)腐蝕微電池中，珠光體里的碳化物電位高，是微電池的陰極相，所以它們數(shù)量的增多使腐蝕電池中的陰極面積增加，從而加速了鋼的腐蝕。相比之下，超低碳貝氏體組織沒(méi)有粗大的碳化物，組織均勻，所以有相對(duì)較高的耐蝕性。通