潜油电泵叶导轮用低镍奥氏体铸铁磨损及腐蚀行为

本项目针对潜油电泵叶导轮使用的高镍奥氏体铸铁成本居高不下的特点，通过模拟油井环境，并结合石油开采过程中具体工况，研究以Mn、Cu、Si及微量稀土及N元素代替部分Ni，并对合金元素含量精确控制与合理搭配，实现在性能优越的前提下，降低镍含量的目标。探讨Ni、Mn、Si、Cu等元素含量变化对奥氏体铸铁层错能和耐磨耐蚀行为的影响规律和机制；通过模拟叶导轮在复杂油井环境下（电化学、固相颗粒、流体力学等因素）的磨损腐蚀试验，建立低镍奥氏体铸铁微观组织结构和性能诸因素与耐磨耐腐蚀性之间的关系；开发具有优异耐磨耐蚀性能的低镍奥氏体铸铁，并能满足石油开采过程的极端复杂环境下的使用要求。

本项目针对潜油电泵叶导轮使用的高镍奥氏体铸铁成本居高不下的特点，通过模拟油井环境，研究以锰、铜及微量稀土和氮元素代替部分镍，并对合金元素含量精确控制与合理搭配，实现在性能优越的前提下，降低镍含量的目标，取得以下的主要成果：.1.低Ni铸铁中加入了奥氏体化元素Mn、Cu并降低铁素体化元素Cr，所制备的低镍奥氏体铸铁的基体组织和高镍奥氏体铸铁一致，不同的是强化相分别为(Fe,Mn)3C合金渗碳体和(Fe,Cr)3C合金渗碳体。.2.对于制备的低镍和高镍奥氏体铸铁，其降低层错能的Ni、Cr、Mn等元素的总含量相近，所测定的奥氏体层错能相差很小，因此，在摩擦磨损过程中，基体的变形方式极为相近，其磨损性能主要是受第二相的影响。在干摩擦条件下，镍铸铁的磨损包括粘着磨损、接触疲劳磨损和磨粒磨损；在磨粒磨损条件下，低镍片状石墨铸铁的Mn含量4.10%、Ni8.99%的耐磨性高于高镍铸铁的耐磨性。磨粒磨损失重量随时间的延长呈线性增加，磨料磨损有显微切削、多次塑性变形磨损、微观断裂磨损。.3.镍铸铁在稀酸中的腐蚀属于全面腐蚀，腐蚀类型为析氢腐蚀。随着镍含量的增加，腐蚀电位增加，自腐蚀电流密度降低。Ni含量为8.36%，Mn含量为6.57%的低镍铸铁的自腐蚀电流与高镍奥氏体铸铁相差很小，两者耐腐蚀性相当。镍铸铁在盐溶液中的腐蚀主要是耗氧腐蚀，低镍铸铁与高镍铸铁具有相同形状的Tafel极化曲线，腐蚀行为相同，出现了氧扩散控制的平台。腐蚀平台过后，腐蚀电流随着电位的增加急剧增大。.4.随着冲刷时间、冲刷速度、含砂量和腐蚀介质含量的增加，镍铸铁的冲刷腐蚀失重量增大。低镍和高镍奥氏体铸铁在冲刷过程中发生的断裂是腐蚀磨损断裂。腐蚀磨损机理是材料表面受到两种作用：液体腐蚀介质进行的电化学腐蚀作用和固体颗粒的机械冲蚀的交互作用，腐蚀加速磨损，磨损加速腐蚀，急剧增加了镍铸铁的破坏速度。