热渗镀技术在油套管表面防护领域的应用

　　热渗镀技术亦归属于表面合金化工艺，其原理是将金属或非金属(溶质原子)沉积或包覆在基体金属表面上，在高温作用下，通过扩散到基体金属表面内，当基体表面对合金元素吸附的速度超过合金元素向基体中扩散的速度时，基体表面通常会形成沉积层+扩散层的渗镀复合层，表面的化学组成及相结构的改变，赋予材料表面更高的耐蚀性、耐磨性和抗高温氧化性能。 渗镀层与基体之间为牢固的冶金结合，没有合金层脱落或剥落问题；渗镀层内各合金元素由表及里呈梯度分布，渗镀层的硬度也呈梯度分布，可以避免高载荷条件下因基体材料承载力低而出现表面的破损或失效现象。随着全球范围内对油气资源需求的增加，需要开发越来越多的油气井，美国能源部对国际上的井深趋势统计表时，自1978年以来，全球石油天然气井深度增加了1倍，并且继续呈现快速增长趋势。井深的增加和温度、压力的提高，对油套管提出了许多新的、更高的要求。深度达数千米的深井和超深井资源埋藏极深且地层复杂，含有大量的H2S、CO2和C1-等介质并伴有高温高压环境，井况如此严酷时必须使用Fe-Ni基或Ni基合金。HastelloyG-3合金于20世纪80年代问世，为Ni-Cr-Mo-Cu型合金，可以用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，且具有优异的力学性能，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。HastelloyG-3合金的主要构成元素昂贵、稀缺。从短期效益来看，油气田工业中油套管所以用碳钢和低合金钢为主。基于腐蚀、磨损、腐蚀疲劳、开裂等失效形成均始发于材料表面，如果能在碳钢材质油套管表面制备一层成分与HastelloyG-3合金相同或接近的合金层，用表面合金化梯度材料代替昂贵的整体耐蚀合金，无论从工程应用前景还是经济效益角度考虑都是十分诱人的。目前，行业专家利用稀土元素在化学热处理中的催渗、促渗作用，采用热渗镀技术在油套管用P110钢表面成功制备了Ni基合金层，渗镀层均匀、连续、致密，最表层合金元素含量最高，随着距表面距离增大逐渐降低，即由表面至内部呈梯度分布，表现出明显的沉积层+扩散层形态。5%NaC1中性盐雾腐蚀试验和5%NaC1浸泡腐蚀试验结果表明，Ni基合金层的腐蚀速率略高于HastelloyG-3合金，但远低于未处理P110钢。足见热渗镀Ni基合金层显着地提高了P110钢的耐蚀性。

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