《潛油電泵葉導輪用低鎳奧氏體鑄鐵磨損及腐蝕行為》是依託四川大學，由孫蘭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：潛油電泵葉導輪用低鎳奧氏體鑄鐵磨損及腐蝕行為
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫蘭
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對潛油電泵葉導輪使用的高鎳奧氏體鑄鐵成本居高不下的特點，通過模擬油井環境，並結合石油開採過程中具體工況，研究以Mn、Cu、Si及微量稀土及N元素代替部分Ni，並對合金元素含量精確控制與合理搭配，實現在性能優越的前提下，降低鎳含量的目標。探討Ni、Mn、Si、Cu等元素含量變化對奧氏體鑄鐵層錯能和耐磨耐蝕行為的影響規律和機制；通過模擬葉導輪在複雜油井環境下（電化學、固相顆粒、流體力學等因素）的磨損腐蝕試驗，建立低鎳奧氏體鑄鐵微觀組織結構和性能諸因素與耐磨耐腐蝕性之間的關係；開發具有優異耐磨耐蝕性能的低鎳奧氏體鑄鐵，並能滿足石油開採過程的極端複雜環境下的使用要求。
結題摘要
本項目針對潛油電泵葉導輪使用的高鎳奧氏體鑄鐵成本居高不下的特點，通過模擬油井環境，研究以錳、銅及微量稀土和氮元素代替部分鎳，並對合金元素含量精確控制與合理搭配，實現在性能優越的前提下，降低鎳含量的目標，取得以下的主要成果： 1.低Ni鑄鐵中加入了奧氏體化元素Mn、Cu並降低鐵素體化元素Cr，所製備的低鎳奧氏體鑄鐵的基體組織和高鎳奧氏體鑄鐵一致，不同的是強化相分別為(Fe,Mn)3C合金滲碳體和(Fe,Cr)3C合金滲碳體。 2.對於製備的低鎳和高鎳奧氏體鑄鐵，其降低層錯能的Ni、Cr、Mn等元素的總含量相近，所測定的奧氏體層錯能相差很小，因此，在摩擦磨損過程中，基體的變形方式極為相近，其磨損性能主要是受第二相的影響。在乾摩擦條件下，鎳鑄鐵的磨損包括粘著磨損、接觸疲勞磨損和磨粒磨損；在磨粒磨損條件下，低鎳片狀石墨鑄鐵的Mn含量4.10%、Ni8.99%的耐磨性高於高鎳鑄鐵的耐磨性。磨粒磨損失重量隨時間的延長呈線性增加，磨料磨損有顯微切削、多次塑性變形磨損、微觀斷裂磨損。 3.鎳鑄鐵在稀酸中的腐蝕屬於全面腐蝕，腐蝕類型為析氫腐蝕。隨著鎳含量的增加，腐蝕電位增加，自腐蝕電流密度降低。Ni含量為8.36%，Mn含量為6.57%的低鎳鑄鐵的自腐蝕電流與高鎳奧氏體鑄鐵相差很小，兩者耐腐蝕性相當。鎳鑄鐵在鹽溶液中的腐蝕主要是耗氧腐蝕，低鎳鑄鐵與高鎳鑄鐵具有相同形狀的Tafel極化曲線，腐蝕行為相同，出現了氧擴散控制的平台。腐蝕平台過後，腐蝕電流隨著電位的增加急劇增大。 4.隨著沖刷時間、沖刷速度、含砂量和腐蝕介質含量的增加，鎳鑄鐵的沖刷腐蝕失重量增大。低鎳和高鎳奧氏體鑄鐵在沖刷過程中發生的斷裂是腐蝕磨損斷裂。腐蝕磨損機理是材料表面受到兩種作用：液體腐蝕介質進行的電化學腐蝕作用和固體顆粒的機械沖蝕的互動作用，腐蝕加速磨損，磨損加速腐蝕，急劇增加了鎳鑄鐵的破壞速度。
