腐蚀疲劳断口分析.doc

课程设计（论文） 题 目： 学院係）: 专 业: 班 级: 学生姓名: 指导教师: 所在单位: 钻杆钢腐蚀疲劳的断口分析材料科学与工程学院金属材料工程金材1002李佳典雒设计 西安石油大学 完成时间:2013年9月 TOC \o 1-5 \h \z 引言 2 HYPERLINK \l bookmark4钻杆钢 2 HYPERLINK \l bookmark62.1钻杆钢的分类及应用 2 HYPERLINK \l bookmark82.2钻杆钢在腐蚀环境下的失效分析 2 HYPERLINK \l bookmark13实验方法 3 HYPERLINK \l bookmark153」实验材料的选用 3 HYPERLINK \l bookmark173.2断口的制备和保存及注意事项 4 HYPERLINK \l bookmark11腐蚀疲劳的断口形貌分析 4 HYPERLINK \l bookmark194.1宏观断口形貌特征分析 5 HYPERLINK \l bookmark214.2疲劳裂纹源的微观断口形貌特征分析 6 HYPERLINK \l bookmark234.3疲劳裂纹扩展区的微观断口形貌特征分析 7 HYPERLINK \l bookmark25结果分析 8 HYPERLINK \l bookmark275.1钻杆钢腐蚀疲劳断口形貌特征的影响因素 8 HYPERLINK \l bookmark29结论 8 HYPERLINK \l bookmark31参考文献 9 1?引言 许多工程结构件的使用状态，不但是处于交变载荷和常温大气的条件下，而大多数 是经受交变载荷和腐蚀介质的共同作用。金属的腐蚀疲劳⑴是工程中经常岀现的一种现 象，钻探管道，压缩机和燃气轮的叶片，舰船用螺旋桨和舵，蒸汽和水管道，化学工业 中的泵轴等，往往遭受到腐蚀疲劳破坏。所以，随着现代化工业的发展，腐蚀疲劳己成 为在石油、化工、冶金和海洋灯用钢结构中的重要研究课题之一。国外非常重视腐蚀疲 劳研究工作，1973年召开过国际腐蚀疲劳会议。近些年来，已将断裂力学应用于腐蚀 疲劳研究中，但是，国内对金属腐蚀疲劳研究很少。 鉴于我国目前海水用钢和抗硫化氢用钢等防腐蚀用钢发展的需要，应积极采取措施 在现有疲劳试验机上增加腐蚀装置，大力开展腐蚀疲劳的实验研究工作。 2.钻杆钢 2.1钻杆钢的分类及应用 石油钻杆一般采用中碳合金钢，钢管都以热处理状态交货，通常采用调质热处理， 得到回火索氏体组织，其具有良好的综合机械性能。按美国石油学会标准API5D钻杆 按钢级可分为E?75, X-95, G-105, S-135,短线后的数字代表最小屈服强度，其中S135 材质相对于36CrNiMo, 36CrMnMo, 30CrMn,也可以采用不锈钢材质，如OOCrl3Ni5Moo 钻杆是尾部带有纟累纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底 孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装 置。钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。在油气的开采和提炼过程中, 钻杆可以多次使用，钻杆的长度一般在九米左右。 光管和原钢管材在经过多次加工步骤后被制成钻杆。首先，通过钢管加厚工序的处 理，光管外表面向内弯，钢管管壁加厚。下一步，进行螺纹加工并镀上能够增加强度 的铜。然后进行非破坏性质量控制检验，随后进行钢管管体接头的焊接。而后，管体会 经历焊接热处理和焊接最终处理，以消除焊接残余压力。在对成品钻杆进行渡漆和包装 前要对钢管成品进行其他的一些检测，包括硬度测试，压力测试和非破坏性测试。 2.2钻杆钢在腐蚀环境下的失效分析 钻杆腐蚀疲劳失效〔2叫 是腐蚀介质和弯曲交变载荷共同作用的结果从大量钻杆失 效分析中观察到，腐蚀疲劳失效大都发牛在内加厚过渡区终了处，即接头端面0.5?1.0m 处；因发展阶段不同，客观上可看到裂纹、刺孔、断裂等失效形式；腐蚀疲劳裂纹源与 钻杆内壁蚀坑对应；腐蚀疲劳事故多发生在井斜和方位变化大的井段。这些现彖，为认 识钻杆腐蚀疲劳过程提供了重要的信息。 根据失效分析，钻杆腐蚀疲劳过程可总结为以下三点： 蚀坑的形成和裂纹的荫生 蚀坑的形成于钻杆用钢成分及泥浆介质有关，在PII值较高的弱碱性条件下Cr、Mo、 Ni含量较高，钻杆常见点蚀，尤其断口附近内壁有大量小而深的点蚀坑，而其它区域表 面光滑。Mn含量较高，而Cr、Ni、Mo含量低的钻杆内壁布满圆而浅的蚀坑，蚀坑直 径与深度比约为2：1 ,且断口附近蚀坑大而深。 裂纹的扩展 腐蚀疲劳裂纹在交变应力和腐蚀介质作用下迅速扩展，高强度钻杆更其。蚀坑下萌 生的多条裂纹，平行地分布于