USSP表面纳米化Cr5Mo钢在含硫介质中的腐蚀特性研究

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长期以来,炼化装置的安全性及可靠性问题一直是困扰其长周期安全运行的技术难题。近年来,随着中东高硫原油加工量的增加,使得国内炼化装置的使用条件越来越苛刻,含硫流动介质腐蚀引起的设备失效问题广泛存在于催化裂化装置、加氢裂化装置和加氢脱硫装置冷却器以及相连的管道中,贯穿于炼油的全过程,特别是管线上弯头、三通、异径管和换热器管束的破坏更为严重。因此,针对炼厂装置管线在含硫流动介质中腐蚀穿孔频繁的现象,依据流动加速腐蚀机理,将腐蚀电化学和流体力学耦合起来,研究含硫流动介质条件下管道腐蚀性能,对延长设备的使用寿命,减少非计划停工,保证装置长周期的安全运行具有重要的工程意义。  本文选用Cr5Mo合金钢作为研究对象,采用超声喷丸技术对试样进行表面纳米化处理,试验研究了表面纳米化及纳米化后退火处理试样的腐蚀性能,并进一步探讨了组合处理工艺对腐蚀产物膜结构特性的影响。具体研究内容和结论如下:⑴采用超声喷丸(USSP)技术对Cr5Mo钢进行表面处理,表层强烈塑性变形使试样表面形成一定厚度的纳米晶层,而后利用XRD及SEM分析样品,结果发现试样表层平均晶粒尺寸为20nm左右,且随着处理时间的延长,表层晶粒逐渐细化,变形层厚度增加;显微硬度仪测试表明,USSP处理后的样品表层硬度明显增加,且随着深度逐渐增加,硬度值逐渐减小直至趋于原始样(未处理)的硬度值。⑵在温度、压力、流速可控的密闭腐蚀试验机上,运用CHI660C型电化学工作站测得相应工况下的稳态线性极化曲线,研究了超声喷丸时间、喷丸后退火温度、退火保温时间对试样腐蚀性能的影响。与原始粗晶试样相比,USSP表面纳米化后试样腐蚀速率均减小,抗腐蚀性能增强,但随着超声喷丸处理时间增加,腐蚀速率增大,耐蚀性能下降;纳米化后退火处理试样腐蚀速率普遍增大,但随着退火温度的升高而降低,随着保温时间的延长先减小后增大,保温时间为2h时腐蚀速率最小。⑶利用SEM及EDS对不同工况下试样的腐蚀产物膜微观形貌和组分进行了分析,从腐蚀产物膜的致密度和完整性角度入手,讨论了试样表面腐蚀产物膜对基体的保护作用不同从而导致耐蚀性能的差异。结果表明各种工况下试样腐蚀产物膜的成分均由Fe2O3和FeS以及少量的含Cr化合物组成。与原始粗晶试样相比,纳米化后试样表面生成的腐蚀产物膜致密完整,但随着处理时间增加,其致密度和完整性变差;纳米化后退火试样表面生成的腐蚀产物膜均为疏松结构。⑷采用三因素三水平正交试验方案,同时考虑超声喷丸时间、喷丸后退火温度和退火保温时间,进一步研究组合处理工艺对Cr5Mo钢试样腐蚀性能的影响,采用极差分析和方差分析法对实验数据进行分析,得到最优工艺参数及各因素对分析指标的影响。最后,得到适宜的处理工艺为:“超声喷丸时间6min+退火温度300℃+退火保温时间3h”。
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