隨著石油工業(yè)的發(fā)展,越來越多含H2S/CO2的酸性油氣田得到開發(fā)。油田的苛刻環(huán)境對油氣井用材料的耐腐蝕性能提出了更高的要求,而鎳基合金有著優(yōu)良的抗酸性油氣腐蝕的性能,已廣泛應用于油氣工業(yè)生產(chǎn)中。Incoloy 028合金作為一種高鉻鐵鎳基合金,具有良好的耐氧化性介質(zhì)腐蝕的能力,且兼具備良好的耐應力腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕性能,是一種優(yōu)良的油井管選材。
Incoloy 028合金在熱加工(包括鍛造和熱擠壓)過程中都要經(jīng)歷較長的加熱過程,加熱溫度在700～1000℃之間。在這樣的溫度區(qū)間Incoloy 028合金易形成析出相。合金中不同析出相的種類以及不同析出相的形態(tài)、數(shù)量及其分布會對合金的耐腐蝕性能產(chǎn)生各種影響。因此,研究合金中析出相的形成規(guī)律及其對腐蝕行為的影響,對于保證合金具有優(yōu)良的耐蝕性能具有重要的意義。合金中析出相的產(chǎn)生會對合金的耐腐蝕性能產(chǎn)生不利影響,而合金的熱處理工藝會直接影響合金的組織狀況。
通過JMatPro熱力學計算軟件對Incoloy 028合金進行熱力學計算并制定了不同的敏化處理制度,然后進行系列的敏化處理試驗并采用金相顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等測試方法表征了在不同敏化處理溫度和敏化處理時間下Incoloy 028合金軋態(tài)組織中的析出相的種類、形態(tài)、分布、結(jié)構、成分,并提出了Incoloy 028合金中析出相的形成機制。同時通過恒電位法測陽極極化曲線,草酸電解腐蝕試驗,硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗等試驗方法研究了不同敏化處理溫度和敏化處理時間對合金耐蝕性能的影響。
金相分析結(jié)果顯示,Incoloy 028合金在800℃~1000℃敏化處理時有明顯的第二相析出,在900℃下長時間敏化時,基體組織內(nèi)產(chǎn)生大量第二相析出。透射電子顯微分析(TEM)表明,在敏化溫度為900℃的敏化處理初始階段,合金基體中會析出針狀的σ相和顆粒狀的MC,晶界處會產(chǎn)生呈串分布的M23C6。X射線衍射分析(XRD)結(jié)果表明,經(jīng)過900℃5h然后空冷敏化處理的合金中會析出σ相。掃描電子顯微鏡(SEM)的結(jié)果分析顯示經(jīng)過2h敏化處理過后的析出相主要是σ相,能譜分析(EDS)表明這些σ相的合金元素Cr和Mo的含量要高于基體,而Fe和Ni的含量要低于基體。
Incoloy 028合金經(jīng)過敏化處理后析出相的產(chǎn)生導致周圍區(qū)域Cr、Mo等合金元素含量的降低,易形成貧Cr、Mo區(qū),從而導致在這些區(qū)域優(yōu)先產(chǎn)生侵蝕坑和溝,造成局部腐蝕。Cl-離子在點蝕坑內(nèi)富積導致坑內(nèi)介質(zhì)環(huán)境酸化、局部腐蝕加劇使得點蝕坑擴展。同時富Cr、Mo的σ相和γ相晶粒的表面部分處于鈍性狀態(tài),金屬陽極溶解電流密度很小,而貧Cr、Mo晶界區(qū)的表面部分處于以很大的電流密度進行活性溶解的活性腐蝕狀態(tài),從而造成晶界區(qū)優(yōu)先溶解,腐蝕不斷沿著晶界區(qū)深入,導致合金耐晶間腐蝕能力的下降。
