油田油管锌铝稀土合金化防腐技术研究

1、油田油管锌铝稀土合金化防腐技术研究关键词:油管 锌铝稀土 合金化 防腐文章编号:1004-4914(2010)08-023-02 针对现在我国一些油田采油已进入高含水开发后期,注水井油管腐蚀逐年加重,不但导致水井不能正常生产,造成一定的经济损失,而且严重污染环境的情况,我们设计出一种集“材料保护 隔离保护 电化学保护”三位一体的油管防腐新方法锌铝稀土合金化防腐油管。该方法以热浸镀技术为基础,在镀液中加入锌铝稀土多元合金元素,使表面合金镀层与油管基体形成冶金结合,突破了常规防腐方法的表面隔离层范畴,国标GB/T13912-2002中规定本技术防腐层结合力免检,适于处于运动变形的油管防腐,并为油田

2、钢质设备的防腐处理开辟了一条新的道路。 一、锌铝稀土合金化技术简介 1.锌铝稀土合金化技术简介。锌铝稀土合金化技术是将经过前处理的钢或铸铁制件浸入熔融的合金液液中,在其表面形成合金层的工艺过程和方法。合金镀层形成分为三个步骤:油管表面被合金液液溶解形成合金相层;合金层中的锌等合金原子进一步向基体扩散;合金层表面包络着一薄层纯锌铝层,即镀层的表层,这样即形成了表层、中间合金层及基体三位一体的金相结合关系。 合金层有两层结构,外层组织大约与镀液相同,为Zn-Al合金层,其组织结构上由两相组成:一相为树枝状的富铝固熔体,形成微细的网络;另一相为分布于其网络中的晶间富锌共晶体。镀层的内侧为Al-Zn-

3、Fe合金化合物,镀液中加入少量的硅,目的在于适当地限制这一脆性层的生长。当镀层受到腐蚀时,其中枝晶富锌合金相首先受到浸蚀,使其腐蚀特殊性相当于纯锌镀层。镀层相对于钢基体为阳极,因而有电化学防护作用。此时伴随着产生的腐蚀产物被富铝相的网络所滞留,填充在枝晶间的间隙处,作为阻挡层继续对钢基体起到防护作用。 2.不同防腐方法对比。不同防腐方法对比如表1。 二、锌铝稀土合金化技术研究 1.锌铝稀土合金化技术工艺。油管碱煮除油高压水打压检验螺纹扣表面抛丸除锈强化酸洗水洗螺纹扣保护酸中漂洗水中漂洗助镀烘干锌铝稀土合金化“三V”自动气吹水冷钝化修复喷淋树脂膜入库。 2.油管锌铝稀土合金化。在合金化过程中通过

4、添加多元合金对油管进行修复使其金相组织得到重新生长。首先将油管进行抛丸强化处理,然后内、外表面进行酸洗、水洗、助镀、烘干。锌锅内温度升至420以上,将锌熔化后,然后将温度升至740760,保温510分钟后,加入多元合金,待其全部熔化后,将合金液体调至470480之间,进行合金化。其镀液成分及各成分所占重量百分比为:Ni,0.09%0.10%;Bi,0.10%0.20%;Al,0.20%0.30%;Re,0.08%0.10%,其余为锌液。 3.油管锌铝稀土合金层金相分析。合金镀层表面光滑平整,无漏镀、虚镀等缺陷,外观呈银灰色,有金属光泽。通过金相显微镜观察,合金镀层的断面结构如图1所示。由图1可

5、见,合金镀层由表及里可分为两层。最外层是纯锌铝稀土合金层,成分基本与合金液相同;次层是Fe-Al合金层,Fe2Al5相和少量FeAl3,Fe2Al5相呈舌状伸入钢材基体中。表层主要是-Al固溶体为主的层及少量降温形成的FeAl3相。中间部分,即富铝层与材料基体之间的一层称为中间合金层,主要构成物为金属间化合物,又可称为金属间化合物层。合金层则较薄,呈白亮颜色,平整,均匀而且致密。 4.多元合金金相生长修复油管微裂纹。合金化油管的表面缺陷因金相的生长而被修复,使部分判废管具有了重新利用价值,一部分用于井下油管,其余的可用于地面防腐保温管,为油田节省大量的生产成本,并为油田大量堆积的报废油管找到了

6、很好的出路。油管缺陷处金相修复前后对比如图2。 三、结论 1.锌铝稀土合金化技术是以热浸镀锌为基础,通过添加锌铝稀土多元合金配比成适合油田专用高硅钢管道的熔液配方,解决了高硅钢热浸镀中出现的“圣德林效应”的技术难题。 2.工艺上增加“三V”自动气吹线,降低了合金层厚度,细化合金层晶粒间结构,使其更加均匀,合金层与铁基体冶金结合更牢固。 3.通过添加多种合金元素,改善了高硅高碳钢的热浸镀液配方,打破了该类钢在热浸镀行业禁区的定论,并为热浸镀行业今后的发展起到一定的指导作用。 4.锌铝稀土合金化油管具有附着力强、合金层硬度高耐磨、自身电化学保护作用、多元合金金相生长修复油管微裂纹的作用、耐蚀性能好、使用寿命长等特点。 基金项目:国家科技部创新基金(07CZ6212300198) 参考文献: 1.张益明,马荣贵,符寒光.耐蚀热浸镀锌钢板在汽车工业中应用的进展J.腐蚀与防护,1999,2011:483 4.顾国成,刘邦津.热浸镀M.北京:化学工业出版社