常温电化学行为

常温电化学行为（精选3篇）

常温电化学行为 第1篇

石油钻杆工作环境恶劣, 受力状态十分复杂, 失效形式也多种多样。近年来, 由Cl-腐蚀所引起的钻杆失效案例不断增加。目前, 对G105钢钻杆的腐蚀失效分析已做了大量研究[1~6], 但对G105钢钻杆材料在不同Cl-浓度下的腐蚀研究还很少。本工作通过高温高压釜模拟石油井动态高温高压环境对G105钢钻杆腐蚀, 研究了G105钻杆在含不同浓度Na Cl溶液中的耐高温高压腐蚀性能及常温电化学行为, 以期为G105钻杆材料的进一步研究及实际应用提供参考。

1 试验

1.1 G105钢钻杆材料前处理

试材为G105钢钻杆管体材料, 化学成分 (质量分数, %) :0.280 C, 0.230 Si, 0.980 Mn, 0.010 P, 0.002S, 0.910 Cr, 0.170 Mo, 0.038 Ni, 0.008 Al, 0.067 Cu, 余量Fe。机加工成钻杆, 其尺寸见图1。用200~800号水砂纸逐级打磨至无机械划痕;蒸馏水冲洗干净, 丙酮除油, 无水乙醇脱水, 滤纸吸干表面酒精;置于TSTQ101A-0B电热鼓风干燥箱中24 h, 用BP 210S型电子天平称重, 用游标卡尺测量尺寸。

1.2 高温高压腐蚀

采用带旋转装置的WHF型高温高压反应釜模拟腐蚀环境:腐蚀介质为3%~6%Na Cl溶液 (质量分数) , p H值为8.5~9.5;温度为120℃, 压力为2 MPa, 高压釜转速为100 r/min, 腐蚀时间为24 h。

1.3 测试分析

(1) 腐蚀速率

高温高压腐蚀后, 取出试样, 用蒸馏水冲洗干净, 滤纸吸干表面水分。取3个平行试样中的1个作表面腐蚀形貌和成分分析, 其余2个用除膜液 (根据GB/T 16545-1996, 用20 g三氧化二锑、50g氯化锡以及1 000 m L浓盐酸配制) 室温下清除其表面腐蚀产物膜, 时间20 min, 并用橡皮擦擦拭表面, 用蒸馏水冲洗干净, 放入饱和Na HCO3溶液中室温浸泡2~3 min, 并放入无水乙醇中室温脱水3~5 min, 吹干放入干燥箱中24 h, 称重, 根据下式计算腐蚀速率:

式中v———腐蚀速率, g/ (m2·h)

m———初始质量, g

m1———表面除去腐蚀产物后的质量, g

S———表面积, m2

t———腐蚀时间, h

(2) 极化曲线

测试介质为3%~6%Na Cl溶液, 温度为室温, 采用三电极体系测试:工作电极为G105钢钻杆, 工作面积为10 mm×10 mm, 其余用环氧树脂固封, 工作面依次用蒸馏水清洗、无水乙醇脱水、丙酮除油、冷风吹干, 参比电极为饱和甘汞电极, 对电极为铝电极;极化曲线扫描范围为相对自腐蚀电位±400m V, 扫描速率为100 m V/min。

(3) 形貌及成分

采用XTL-500型体式显微镜和VEGA XMH扫描电镜 (SEM) 观察腐蚀产物的宏观和微观形貌, 采用SEM附带的X射线能谱分析仪 (EDS) 分析腐蚀产物成分。

2 结果与讨论

2.1 高温高压腐蚀

(1) 腐蚀速率

G105钢钻杆在浓度为3%, 4%, 5%, 6%Na Cl溶液中高温高压下的腐蚀速率分别为2.412, 2.547, 2.615, 2.715 g/ (m2·h) , 随着Cl-浓度的增加, G105钢钻杆的腐蚀速率随之增加。

(2) 腐蚀产物宏微观形貌及成分

G105钢钻杆在不同浓度Na Cl溶液中高温高压腐蚀后的宏观形貌显示, G105钢钻杆发生了局部腐蚀, 且腐蚀随Na Cl浓度的增加而加重。G105钢钻杆在不同浓度Na Cl溶液中高温高压腐蚀后的微观形貌及成分见图2。由图2可知:腐蚀以孔蚀为主, 这是因为钝化膜金属材料表面某点发生破坏, 其下的金属基体与膜未破坏的地方形成了活化-钝化腐蚀电池, 钝化表面为阴极, 且面积比活化区域大很多, 这就形成了大阴极小阳极的情况, 从而使腐蚀更加严重;4组腐蚀产物的氧含量都较高, Fe和Mn的含量也较高, 产物膜可能是其氧化物, 氧来源于Na Cl溶液中的溶解氧, 在产物膜分析过程中大气中的氧与金属发生反应, 也会形成金属氧化物;氧原子含量越多, 对应的能谱峰值也就越大, 4组腐蚀产物的氧浓度相差不大, 说明腐蚀速率的增加主要是受Cl-浓度的影响, 吸氧腐蚀不占主导。腐蚀介质是Na Cl溶液, Cl-对钝化膜的破坏作用很强, 半径小, 穿透能力强, 易破坏钝化膜。当G105钢钻杆存在划痕、裂纹或机械损伤时, Cl-更易渗透而加速材料腐蚀。

(3) 腐蚀产物去除后的微观形貌

G105钢经不同Na Cl浓度腐蚀并除膜后的形貌见图3。

由图3可知, G105钢钻杆腐蚀除膜后有明显不均匀的蚀孔;且随Na Cl浓度的增加, 腐蚀半径及密度越来越严重, 蚀孔半径及密度越来越大, 以致在6%Na Cl溶液中, 出现了明显的蚀坑。

2.2 常温电化学行为

G105钢钻杆在不同浓度Na Cl溶液中的极化曲线见图4, 相应的电化学参数见表1。由图4和表1可知:随着Cl-浓度的增加, 腐蚀电位正移, 阳极电流明显增加, 从而加剧了阳极金属的溶解, 使得腐蚀电流整体呈上升趋势, 即腐蚀速率随着Cl-浓度的增加而增大, 这与之前的分析结果吻合:因为Cl-是极强的去钝化剂且其半径小, 很容易透过金属表面钝化膜有缺陷的地方进入钝化膜中, 并且可以与钝化膜中的阳离子形成可溶性化合物, 从而使钝化膜的局部发生溶解, 导致金属发生极具破坏性的空蚀, 其腐蚀破坏程度仅次于均匀腐蚀和应力腐蚀, 空蚀的形成会使腐蚀电流迅速增大, 而Cl-在较大电流的作用下更易向腐蚀孔内迁移富集, 使电位升高, 阻碍了孔内金属的再钝化, 使腐蚀向金属内部发展, 呈“挖空”趋势, 故Cl-浓度越高, 去钝化能力越强, 腐蚀越严重;随着Cl-浓度的增加, 阳极Tafel常数ba逐渐减小, 即阳极极化率下降, 对阳极产生了活化效应, 其相对大小的变化没有一定的规律。因此, G105钢钻杆在不同的Cl-浓度下的电化学腐蚀控制类型不同[7,8]。

3 结论

(1) G105钢钻杆在4种不同浓度Na Cl溶液中高温高压下发生孔蚀, 随着Cl-浓度的增加, 腐蚀速率及程度增加, 与常温电化学腐蚀规律一致, 但G105钢钻杆在不同Cl-浓度下的常温电化学腐蚀控制类型不同。

(2) 4组不同浓度Na Cl溶液中高温高压腐蚀产物中氧的含量都较高, 均形成了金属氧化物。

(3) 当G105钢钻杆存在划痕、裂纹或机械损伤时, Cl-会渗入, 从而加速材料腐蚀。Cl-是极强的去钝化剂, 其浓度越大, 去钝化能力越强, 材料就越易腐蚀。

摘要：目前, 对G105钢钻杆在不同Cl-浓度下的腐蚀研究较少, 通过高温高压釜模拟石油井动态高温高压环境, 研究了G105钢钻杆在不同浓度NaCl溶液中的高温高压腐蚀行为, 采用极化曲线研究了其常温电化学腐蚀行为。采用体式显微镜和扫描电镜 (SEM) 观察腐蚀产物膜形貌;采用X射线能谱分析仪 (EDS) 分析了腐蚀产物膜成分。结果表明:G105钢钻杆在含Cl-介质中发生孔蚀, 严重时会出现明显的蚀坑;随着Cl-浓度的增加, 钻杆的腐蚀速率和程度增加。

关键词：高温高压,NaCl腐蚀,G105钢钻杆,电化学行为

参考文献

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[3]韩勇, 冯耀荣, 李鹤林.G105钻杆管体刺穿原因分析[J].石油机械, 1990, 18 (1) :37~43.

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[7]刘振江, 张卫国.极化曲线在氯碱工业的应用[J].氯碱工业, 2009, 45 (5) :12~14.

常温和冷冻等 第2篇

一日，一男子去哈尔滨饭馆吃饭，点了瓶啤酒。

服务员问：先生，要常温的还是冷冻的？

男子：这么冷的天，冷冻的怎么喝啊，来瓶常温的吧，两个有什么区别啊？

服务员答：冷冻的零下1度，常温的零下25度。

正常人

有一个记者采访一个精神病院的院长问：“你们用什么方法确定患者是否完全康复呢？”

院长说：“我们给他做一个测试，在一个浴缸盛满水，旁边放一個汤勺和一个大碗让他们把浴缸里的水排出去”

记者不以为然说：“那当然是用大碗了！”

院长看了他一眼，慢慢地说：“正常的人是拔掉浴缸的塞子……”

球类悲惨的诉说

乒乓球说：“挨揍最多的就是俺，还双打。”

羽毛球哭笑说：“我老惨了，被扔在空中打，满头都是包！”。

排球拍拍它说：“老兄，我成天被人家煽大耳刮子，脸疼啊！”

足球叹着气说：“树大招风啊，屁股都被踢肿了，还得忍疼让他们在俺屁股上签名！”

告发

一个罪犯的妻子要求狱警能给他的丈夫安排一份稍微轻松的工作，她解释道：“他抱怨说他近来一直觉得很劳累。”

“但是，他白天什么活也没干呀！”狱警说。

“这我知道，但他对我说他连续几个月晚上都在挖一个地洞。”

处罚女生

体育老师很怜香惜玉。

有一次上课，A男同学迟到了，老师说：“出去做100个俯卧撑。”

过了一会，B女同学也迟到了，老师意味深长地看了她一眼：“刚罚男生做100个俯卧撑，怕他不诚实，你去监督，给他数着。”

和她不熟

杰森夫妇结婚已有三十年了。杰森先生每天外出上班，他妻子则在家里操持家务。

一天晚上，杰森太太羡慕地对丈夫说：“对面楼上搬来一对年轻夫妻，我注意他们很久了。那个男的帅小伙儿每天出门都要与妻子吻别，回家时也要亲吻妻子，人家多亲热呀！你为什么就不能这么做呢？”

常温电化学行为 第3篇

作为预应力风机基础的核心受力构件, 预应力锚栓在实际工作时是利用预应力加固技术[1]为风机基础提供一个较强的抗压抗弯能力, 从而满足风力发电机组稳定可靠运行的复杂载荷工况。因此, 在受到长期荷载和环境变化等不利条件影响时, 预应力锚栓能够保持的有效应力大小对于整个基础的工作性能来说至关重要[2], 应力损失越小, 整个结构的运行稳定性和可靠性越高。

无论是结构件还是本体材料, 衡量其抗应力损失能力的重要方法通常就是应力松弛和蠕变性能研究。本文以笔者正在研发的新型圆弧螺纹结构形式预应力锚栓产品为出发点, 采用标准测试方法获得常温条件下施加不同初始应力作用时锚栓的应力松弛数据, 结合曲线拟合方程和经验公式推导, 分析圆弧螺纹锚栓的应力松弛和蠕变行为特征, 研究初始应力对圆弧螺纹锚栓应力松弛和蠕变参数的影响, 探索预应力圆弧螺纹锚栓抗应力松弛能力的一般规律, 为实际的工程研制和应用提供数据依据。

1 测试方案

1.1 测试样件

测试锚栓杆径为45 mm, 全长2.3 m, 两端圆弧形螺纹采用滚压法加工, 单侧螺纹长为300 mm, 结构见图1所示。锚栓本体材料力学性能测试结果为:抗拉强度947MPa、规定塑性延伸强度666 MPa、断裂伸长率15.5%, 材料应力-应变曲线见图2所示。

1.2 测试方法

测试标准:GB/T10120-1996《金属应力松弛试验方法》测试条件:环境温度 (20±1) ℃, 初始荷载保持时间为1min。测试设备:100t拉伸应力松弛试验机。初始荷载:设定初始载荷分别为577、673、765、848、932 k N, 与规定塑性延展强度比分别为0.59、0.69、0.79、0.87、0.96。

测试数据及处理:测试并记录初始荷载作用下锚栓0~100 h应力变化趋势, 绘制应力与时间关系曲线, 计算分析蠕变应变与时间关系, 并采用线性回归法推导长时间的应力松弛率。

2 讨论与分析

2.1 锚栓应力松弛行为特征

图3为预应力锚栓在不同初始荷载作用下应力随时间变化曲线, 很明显, 所考察的5个初始载荷作用下, 预应力锚栓都表现出两个阶段的应力松弛特征, 整个松弛阶段的应力-时间曲线大致可以分为两个阶段:第一阶段应力衰减速度很快, 在5 h之内急剧减小, 然后在5~40 h范围内衰减速度逐渐变得缓慢;第二个阶段应力减小的速度进一步减小, 随时间的增加逐渐趋于一个稳定的应力水平。

试验测得的结果存在大量数据点, 对于计算任意时刻的剩余应力以及推导锚栓样件的应力松弛极限很不方便, 因而需要对其曲线进行数据拟合, 得到应力与时间的指数衰减函数方程:

式中:σ为瞬时剩余应力;σ0为初始应力;A1、A2、t1、t2为材料常数, 决定了曲线的拟合形状, 不同初始荷载条件下的材料常数略有不同。对比几种典型剩余应力函数模型[3,4]可以发现, 锚栓的应力松弛行为特征基本符合广义Maxwell模型[5]。图3最后一幅图中的虚线是用上述函数方程拟合出的673 k N初始载荷应力松弛曲线, 与试验测得的特征数据散点几乎完全吻合。

2.2 锚栓蠕变行为特征

蠕变和应力松弛是黏弹性材料受到外加载荷时固有的力学行为, 可以看做是同一物理现象的不同表现形式, 由于蠕变性能参数的测试相对比较复杂, 对于以研究产品行为特征为目的的工程设计者而言, 在经典公式的基础上, 采用测试得到的应力松弛曲线来推导产品的蠕变参数, 无疑是一种更为便捷的研究方法。

一般情况下, 材料的应变可以认为是由弹性应变和蠕变应变之和组成, 并且随着时间的延长, 弹性应变逐渐变小, 蠕变应变逐渐增大, 材料的总应变可以用剩余应力与模量的比值近似估算[6]。随着人们对松弛和蠕变机理的深入研究, 近些年来, 越来越多的研究者开始采用应力松弛比的方法来描述剩余应力和蠕变应变的关系[7], 认为二者之间存在以下关系:

式中:εc为蠕变应变;σ为当前剩余应力;E为材料弹性模量;m=σ/σ0为应力松弛比;σ0为初始应力。根据式 (2) 计算锚栓的蠕变应变, 得到图2所示的不同初始应力条件下的蠕变应变-时间曲线。

从图4中可以看出, 锚栓的蠕变应变随时间变化特征也分为两个阶段:第一个阶段随时间的增加急剧增大, 迅速达到接近极限值的应变值;第二个阶段的增长速度则明显变缓, 蠕变应变-时间关系曲线趋近于水平直线, 在所考察的初始应力范围内, 两个阶段的分界点基本都是在3h左右。随着初始应力的增大, 蠕变应变第一个阶段的增长速率增大, 相同时间历程下蠕变应变的绝对值也随之增大, 但增大的幅度逐渐减小, 到初始应力≥848 k N时, 蠕变应变随时间的变化趋势与初始应力基本无关。分析认为, 可能的原因在于当初始应力比较大时, 材料第一阶段蠕变不仅包括晶粒组织在晶相界面上沿应力作用方向上的滑移排列, 而且还有晶相内部镶嵌块的移动和重组[8], 且随初始应力增大, 参与瞬态蠕变应变的组分增多, 直至瞬态蠕变应变达到最大值。

2.3 初始荷载大小对锚栓应力松弛率的影响

作为描述材料应力松弛行为的两个基本参量, 应力松弛极限是指当松弛时间趋于无限长时应力松弛曲线上的剩余应力, 代表着锚栓发生应力松弛的门槛应力, 理论上与初始荷载的大小无关[9]。应力松弛速率则是指应力松弛曲线在任一时间上斜率的绝对值, 代表着材料在特定条件下的预应力损失情况, 与外加荷载、环境等因素都有关系[10,11]。

根据锚栓应力松弛试验的测试数据计算不同初始应力条件下锚栓在特征时间点的应力松弛率σt, 绘制应力松弛率对数与时间对数曲线, 并对稳定阶段曲线进行趋势拟合, 由拟合曲线方程外推1000 h的应力松弛率数据, 列于表1。从整体上看, 锚栓的σt随时间和初始应力的增大都有不同程度的增加, 并且随着时间的延长, 应力松弛率的绝对值接近同一个稳定值。相比较而言, 在100 h内初始应力对应力松弛率的影响明显大于时间的影响, 当初始应力小到577 k N (约为本体材料屈服强度的60%) 时, 锚栓应力松弛率的绝对值相对减小约50%, 且1000 h的增长率只有34%, 基本处于恒定状态。

图5为锚栓应力松弛率与初始应力的关系曲线, 相同时间历程条件下, 随着初始应力的增大, 锚栓应力松弛率增长速度逐渐变缓, 并且在初始应力为848 k N (约为本体材料屈服强度的90%) 时出现一个最大峰值。造成这种现象的原因, 除了与上节所述瞬态蠕变应变参与组分有关外, 还与加工过程造成的应力集中和锚栓微观组织高密度位错区混乱分布有关[12]。

3 结论

1) 预应力圆弧螺纹锚栓的应力松弛和蠕变行为均变现出典型的双阶段特征, 应力与时间关系符合广义的Maxwell模型, 蠕变应变和应力松弛率随时间的增加在5 h之内迅速增大, 然后以缓慢增长的状态逐渐趋于稳定值。

2) 圆弧螺纹锚栓产品施加初始预应力的大小对加载初期蠕变应变和应力松弛率的数值影响较为显著, 受材料微观组织运动和加工过程等综合影响, 在达到本体材料屈服强度90%左右的初始应力作用下, 圆弧螺纹锚栓的松弛和蠕变参数都接近或达到了最大值。当施加预应力小于本体材料屈服强度60%时, 圆弧螺纹锚栓产品表现出非常优异的抗松弛性能。

参考文献

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