P110套管内壁熔覆Inconel 625合金的CMT+P工艺与组织性能研究

作     者：王成 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐连勇

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：P110 CMT+P工艺 Inconel 625熔覆 晶间腐蚀 H2S/CO2腐蚀 

摘      要：石油套管服役环境中存在HS、CO等成分,会加速套管连接处的腐蚀,大大减少其使用寿命,故套管连接处的防腐成为重点关注的问题。利用熔覆工艺在套管接口内壁熔覆耐蚀合金,后在熔覆处开螺纹进行螺纹连接,有望从根本上解决这一问题。为此,本研究选用P110石油套管作为基体材料,利用冷金属过渡加脉冲工艺(Cold Metal Transfer Plus Pulse,CMT+P)在套管接口内壁实现Inconel625合金的熔覆。本文的主要研究内容与结果如下:(1)综合考虑CMP+P熔覆层的熔覆宽度、熔覆厚度、稀释率和润湿角等方面,研究送丝速度、熔覆速度、CMT/P比值以及搭接率等工艺参数对熔覆成型的影响规律。适配的CMP+P熔覆工艺参数:送丝速度8 m/min、熔覆速度8 mm/s、CMT/P比值1:15、搭接率50%、焊丝倾角20°、保护气体流量20 L/min(Ar)、干伸长15 mm。最终成功得到了成型良好,内部无缺陷的P110套管内壁Inconel 625熔覆层。(2)研究了熔覆层的微观组织,发现其组织从底部至表面依次为:柱状晶、树枝晶、等轴晶。熔覆层主要由Ni的固溶体构成,其中分布着一定的Laves相以及MC型碳化物。熔覆层中存在从基体扩散而来的C、Fe元素。(3)对熔覆层不同高度位置试样进行双环电化学动电位再活化腐蚀试验,其结果均为轻微敏化(距离熔合线2.5 mm处对应敏化指数为1.4%、1.5 mm处为2.9%、0.5 mm处为4.2%)。熔覆层耐晶间腐蚀性能受到从基体中扩散过来的C、Fe元素含量及晶界特征的影响,随着熔覆层中C、Fe含量减少(C含量依次为0.043%、0.038%、0.036%,Fe含量依次为3.30%、2.65%、2.81%)、小角度晶界和Σ3晶界增加(小角度晶界含量依次为14.8%、15.6%、16.2%、Σ3晶界含量依次为5.4%、11.7%、21.3%),其抗晶间腐蚀的能力均有所提高。(4)熔覆层在HS/CO浸泡腐蚀中腐蚀速率为0.01 mm/y,具有良好的耐腐蚀性能。腐蚀后,试样表面存在一层CrO薄膜,其上分布着一些微小的富硫富钼类化合物。