非金属夹杂物对油井管用钢腐蚀性能的影响

Corrosion resistance is an important index to measure the performance of the steel, especially the steels for oil and gas pipelines and marine engineering have high requirements on the corrosion performance.The inclusions in steel is an important factor influencing the corrosion performances of steels. Making clear the relations characteristics of non-metallic inclusions in steel and the corrosion performance of has the vital significance to improve the corrosion performance of steel. The corrosion mechanism of oxide inclusions and oxygen and sulfur compound inclusions affect the performance of oil well steel is studied in this project firstly. Then the influence rules of the type, size, distribution and morphology of non-metallic inclusions on the corrosion performance of oil well pipe influence were studied. On this basis the correlation of characteristics of nonmetallic inclusion in steels and the corrosion of steels is determine and try to establish a quantitative relationship model between them. Finally，the theoretical model is applied to study the effect of characteristics of inclusions on the corrosion performance of steel and get the conditions of inclusion control. And to develop the technology of inclusion control to improve the corrosion performance of oil well pipe, including Inclusion modification, composite precipitation of "soft package hard" technology and the fine dispersion of the inclusions. For the development of ultra-high strength corrosion pipe laid the groundwork.

抗腐蚀性是衡量钢材性能的一个重要指标，尤其是油气管道、海洋工程用钢对腐蚀性能有着很高的要求。钢中的非金属夹杂物是影响钢材腐蚀性能的一个重要因素，明确钢中非金属夹杂物特性与腐蚀性能的关系对提高钢材的腐蚀性能具有重要的意义。 本项目首先对氧化物夹杂和氧硫复合夹杂物对油井用钢腐蚀性能的影响机理进行研究；其次，对非金属夹杂物的类型、尺寸、分布和形貌对油井管腐蚀性能的影响规律进行研究，在此基础上确定非金属夹杂物特性与钢材腐蚀性能之间的关联性，并尝试建立二者之间的定量关系模型；最后，运用建立的理论模型来研究夹杂物特性对钢材腐蚀性能的影响，获得夹杂物的控制条件，开发提高油井管腐蚀性能的夹杂物控制技术，包括夹杂物变性技术、"软包硬"复合析出技术和夹杂物的微细弥散化技术，为超高强度耐腐蚀油井管的开发奠定基础。

本项目通过电化学腐蚀实验及FeCl3溶液浸泡腐蚀实验，借助于微观扫描分析，研究了钢中夹杂物在腐蚀前后其形貌及尺寸的变化，分析了夹杂物特性与钢基体耐腐蚀性能之间的关系，明确了钢中夹杂物诱发钢基体腐蚀行为的机理，并提出了优化油井管用钢耐腐蚀性能的夹杂物控制技术。项目首先研究了钢中MnS夹杂及Al2O3夹杂对钢基体腐蚀性能的影响。研究结果表明钢材耐腐蚀性能随钢中MnS夹杂平均尺寸的变化存在一个临界值，夹杂物尺寸大于或小于此临界值，钢材点蚀敏感性均会增加；钢中群聚分布的MnS夹杂及Al2O3夹杂对钢基体腐蚀诱发作用大于单独分布的夹杂物；在基体中埋藏较深的MnS夹杂及Al2O3夹杂对基体的腐蚀破坏作用大于在基体中埋藏较浅的夹杂物；钢中Al2O3夹杂的标准电极电位比MnS夹杂高，Al2O3夹杂对基体腐蚀腐蚀破坏作用更小。在此研究结果的基础上，明确了钢中MnS夹杂及Al2O3夹杂诱发基体腐蚀行为的机理。其次，研究了304不锈钢中非金属夹杂物诱发基体腐蚀行为，表明304不锈钢中既发生点蚀也发生晶间腐蚀，其中MnS夹杂对基体腐蚀诱发作用大于复合夹杂物。基于钢中夹杂物与基体腐蚀形貌的微观分析，揭示了304不锈钢中夹杂物诱发基体腐蚀及晶间腐蚀机理。最后，根据稀土元素的特性及其在钢中的作用，研究了304不锈钢中加入稀土Ce和Y后钢中夹杂物性质变化及其对钢基体腐蚀性能的影响。结果表明钢中加入0.012%含量的稀土Ce或0.013%含量的稀土Y后，钢中夹杂物的形貌变得规则，尺寸也达到最小。在此条件下，不锈钢中夹杂物对基体腐蚀诱发的影响最小，不锈钢耐腐蚀性能最好。综合上述结果，项目研究对提高油井管用钢耐腐蚀性能具有重要指导意义，为超高强度、高耐腐蚀性能油井管的开发奠定了基础。项目资助发表SCI论文11篇，EI论文2篇，中文核心5篇，会议EI论文4篇。培养博士生1名，已取得博士学位；硕士生2名，一名已取得硕士学位，一名在读。项目投入经费81.00万元，支出79.09万元，各项经费支出基本与预算相符。项目研究结果及经费使用情况达到结题要求。