表面纳米化对34CrMo4钢的耐蚀性能研究

作     者：郑强 

作者单位：重庆科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈登明;杨军和

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：34CrMo4钢 喷丸 硬度 残余压应力 腐蚀 

摘      要：34CrMo4钢作为铬钼系钢之一,由于其良好的综合性能,广泛应用于石油与天然气工程领域的钻具设备。但是,随着石油、天然气开采环境的日益恶劣,含硫油气田的增多,工(部)件的应用受到了腐蚀和磨损等因素的限制。因此,改善并提高34CrMo4钢的综合性能是推进该合金应用的重要举措。喷丸处理是一种操作简易、成本低廉、效果显著的加工方式,可以有效的提高材料表面硬度、耐蚀性能、抗疲劳性能等。本文采用硬度计、X射线应力仪、电化学工作站、OM、FESEM、TEM等仪器,系统研究了不同喷丸时间对34CrMo4钢表面的硬度、应力、耐蚀性能的影响及规律。并以喷丸时间为20min的试样为母材,采用剥离法制备出不同应力影响深度的试样,研究了试样在空白溶液中的耐蚀性能变化与腐蚀行为。最后,配比不同pH值的硫化氢腐蚀溶液,研究并分析了喷丸影响深度为50μm和未喷丸试样的耐性能差异与变化规律。结果表明:喷丸处理后试样的表层晶粒细化至纳米级,显微硬度显著提高,引入残余压应力,应变层有效的作用深度约400μm。喷丸后试样表面的耐蚀性能明显低于未喷丸试样,原因在于喷丸后表面粗糙度增加,并伴有裂纹的产生。不同应力影响深度的试样在空白溶液中的腐蚀结果表明:喷丸影响深度为50μm试样的自腐蚀电流密度最小,交流阻抗谱的极化电阻最大,其值I和Rp分别为1.9μA·cm,1999.3Ω·cm。而未喷丸试样I和Rp分别为5.25μA·cm,1048Ω·cm。说明喷丸影响深度为50μm试样的耐蚀性能优于未喷丸试样。喷丸影响深度为50μm的试样在不同pH值的湿硫化氢腐蚀环境中的腐蚀结果表明:随着pH值的增加,试样的自腐蚀电流密度逐渐减小,极化电阻值增加。当pH为6时,I和Rp分别为5.37μA·cm,3949Ω·cm。当pH为2时,试样表面存在少量的腐蚀产物,局部位置露出基体;去除腐蚀产物后,表面有大量的裂纹生成,原因可能在于喷丸试样表面吸附作用加强,而且晶界数量增多引起元素易于扩散,导致氢原子结合为分子造成氢致开裂。另外,氯离子的富集是造成材料发生点蚀的重要因素。硫化氢腐蚀的规律是随着pH值升高,在腐蚀溶液中试样表面生成了致密的且结合力良好的腐蚀产物膜,有效阻止腐蚀介质进一步向内部渗入,使得材料的耐蚀性能显著提高。