автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Коррозионное поведение оксидированных алюминиевых сплавов в минерализованных сероводородсодержащих средах

Р." 6 ОД

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА иг.1. И.М.1ус5кина

На правах рукописи

АСТАФЬЕВА ОЛЬГА ВПАДШЛИРОША

УДК 669.018.8:669.715

КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ОКСИДИРОВАННЫХ ШШ'ШЕШ СПЛАВОВ В Ш1ЕРАЖ30ВАНШХ СЕРОВОДОРОДСОДЕГСАЩХ СРЕДАХ

Специальность 05.17.14 - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена на кафедре "Металловедения и неметаллических материалов" Государственной академии нефти и газа имени И.М.Губкина

.______Научны»^ руководитель: доктор технических наук,

профессор ЕФРЕМОВ А.П.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор СААКИЯН Л. С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ШЛУГЕР М.А., кандидат технических наук, ст.научный сотрудник БОЙКО И.А.

Ведущая организация: Всероссийский институт авиационных материалов.

Защита состоится "<2993 г. в /А часов на заседании специализированного Совета Д 053.27.07 в Государственной академии нефти и газа им. И.М.1убкина по адресу: 117296, Москва, Ленинский проспект, 65, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственнс академии нефти и- газа им. И.М.Губкина.

Автореферат разослан " г.

Ученый секрктарь Совета к.т.н. .доцент

Зорин Е.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие нефтегазовой промышленности сопряжено с ужесточением режимов добычи, применением методов поддержания пластового давления и вторичных: методов добычи, что значительно повышает коррозионную активность извлекаемого из сквахин флтаида, содержащего нардцу с углеводородами бысо-кошшерализованные пластозые воды, растворенное кислые газы и механические примеси. Одним из наиболее перспективных методов повышения работоспособности промыслового оборудования является применение коррозиснностойких материалов для его изготовления. К таким материалам моано отнести алшиякевке сплавы, обладащие комплексом денных качеств, включающих бизико-::еха-нические и технологические свойства, высокую коррозионную стойкость во многих технологических средах нефтяной и газовой промышленности, особенно при наличии в их составе сероводорода. Однако усиление общей и локальной коррозии алхып-ниевых сплавов в минерализованных средах и при повышенных температурах, а также низкая износостойкость в различных условиях контактного взаимодействия сужает область их применения. В настоящее врем установлено, что наиболее существенно повысить износостойкость и сопротивление коррозионно-гдеханкческому разрушению алляпшевнх сплавов ыоано микродуговым оксидированием. Вместе с тем данные о природе к эффективности защитного действия окспдных слоев от коррозионного разрушения алмлиниевых сплавов в условиях ко:.о!лексного воздей-ствкя внешних факторов среды (минерализации водных растворов, температуры, давления, парциальных давлений сероводорода и углекислого газа) в настоящее время отсутствует. Поэтому исследование коррозионного поведения оксидированных мккроду-

говыгл способом алюминиевых сплавов в минерализованных серо-водородсодерладпх зодо-негатяных средах, наиболее полно отра-кащих возмогшие условия эксплуатации нефтегазопрошслового оборудования, 1г.:е:-от научное к прркттчсское значение.

Целью работы - является - исследование -влияния - поверхностных слоев, сформированных ьиксродуговкг,: оксидированием, на коррозионное поведение алюминиевых сплавов различных систем легирования и способов производства в минерализованных сероводо-родсодеркащих средах.

Для достижения указанной пели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать влияние системы легирован:« и способа производства алкшниевкх сплазов на базовый состав и унзико-химические свойства формируемого оксидного слоя.

2. Исследовать влияние внеших факторов среды: концентрации ЫаС£, температуры, парциального давления сероводорода на коррозионное поведение оксидированных алюминиевых сплавов.

3. Выявить природу влияния оксидного слоя на коррозионное поведение алзшниевых сплавов в минерализованных серо-водородсодернащих средах.

4. Определить рациональные области применения оксидированных алгскиниезых сплавов различные систем легирования.

Научная новизна.

Показано, что при воздействии на оксидированные мокро-дуговым способом алюминиевые сплавы минерализованной серо-водородсодеряащей среды оксидный слой подвергается отслаиванию и коррозионно-механкческому разрушению и установлены его причины.

- Устаноачеяо, что скорость разрушения о котированных алшшиевых сплавов коррелирует с коррозионной стойкостью основного металла.

- Предложена методика расчета силы отрыва оксидного слоя при его отслаивании от основы, продолжительности инкубационного периода до начала отслаивался и времени до начала катастрофического разрушена оксидного слоя при воздействии минерализованной сэроводородсодерлазэй среды на оксидированные алкшниевые сплавы.

- Заявлено специфическое влияние сероводорода на улучшение коррозионной стойкости исследованных оксидированных алшиниевых сплавоз, усилкващееся при повышении его парциального давления.

Практическая ценность.

- Предложен подход к определений работоспособности деталей из оксвдзрованннх аязлтниезых сплавов в минерализованных сероводородсодераачих средах на основе определения времени начала отрыва оксидного слоя от г.еталла основы и начала катастрофического разрушения оксидного слоя.

- Разработаны методические рекомендации по выбору рациональных областей применения оксидированных аянчин-иевых сплавов с учетсга их коррозионного поведения при комплексном воз-деГютвии внешних факторов коррозионной средн.

- Проведены стендовые испытания штоков, изготовленных в соответствии с разработанной рекомендациями из оксидированного сплава Д16Т для роторно-поршневых насосов, предназначенных для перекачки минерализованных сероводородсодерясащих сред. По результатам стендовых испытаний указанный материал рекомендован для изготовления опытной партии роторно-поршне-

Вггс насосов РП-1.

Апробация работы. Основные положения работы докладывалась и обсуздались яа: Всесоюзном совещании "Проблемы защиты от коррозии неутегазопромнслового оборудования", Смоленск, 1991 г., У научно-тгхнмческэн конференции "Триботехника -г:а:ляостроен:са", НгпнягЗ Новгород, 1991 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано пять печатных работ.

Объем н структура диссертации. Длссертгдпя состоит из взедения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 119 наименований п приложения. Основной материал

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблем, суормулироэанн цель и задачи исследования, изложены основные научные к прикладные результаты, поло.-екет, вынесенные на защиту.

В первой главе приведен анализ условий работы, характера х причин разрушения неутепрошсяового оборудования, соответствия используемых конструкционных материалов требованиям, предъявляемым к материалам для нефтепромыслового оборудования с учетом условий его эксплуатации.

Добываемая продукция болыпшства нефтяных и газовых месторождений содержит наряду с утлеводорода'ли боль'зое количество

ОСНОШОЕ СОДЕРЖГ-ГЕ РАБОТЫ

сероводорода, углекислого газа, минерализованной воды. Основным конструкционным материалом оборудования нефтегазовых промыслов яачяется углеродистая стачь, коррозионная стойкость которой во многих случая;;: не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Увеличение долговечности и наде'шос?:: оборудования молет бить достигнуто использованием алл.ншпевк:: сплавов, которые в настоящее время надли применение для некоторых видов оборудования - бурильных п насосно-котлпрессорлых труб, эстакад, - вышек и др. Однако ужесточение условий эксплуатации оборудования в связи с интенсификацией добычи нейти и газа требует дальнейшего повышения коррозионной стойкости, а так'>:е износостойкости ачшиниевых сплавов. Коррозионная стойкость алюли-ниевых сплавов, определяется наличием на их поверхности оксидной пленки. Одним из наиболее перспективна методов увеличения толщины оксидной пленки мо:кет быть микродутовое оксндирсвапте, которое в настоящее время используется з основном для повышения износостойкости алжиниевых сплавов.

Анализ литературных данных показал, что микродутовое оксидирование мо.'кет быть эффективным методом повышения кор-розионяо-механической прочности алюминиевых сплавов. Однако оно не является одинаковым для различных сплавов и зависит от систем легирования и способов производства.

Установлено отсутствие опубликованных сведений о коррозионном поведении оксидированных ачяжяиевых сплавов в минерализованных средах при высоких давлениях и температурах в присутствии кислых газов, что характерно для условий эксплуатации газонефтепроглыслового оборудования.

Оценка возможности расширения области применения алаш-

низвнх сплавов путем их мпкродугового оксидирования требует определения граничных условий рационального их использования с учетом условий эксплуатации оборудования на различных месторождениях и технологических циклах.

На основании проведенного анализа определены актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований.— -----

Вторая глава посвящена описанию методик проведения исследования. Исследование проводилось на алшин левых сплавах двух групп производства: деформируемых и литейных. Каздая группа состояла из сплавов трех систем легирования, причем у литейных и деОогедируемых сплавов содержался попарно один и тот не или сходный главный легирующий элемент: Си. » МП или Л . В каждой группе сплавы в зависимости от систе:з легирования различается по коррозионной стойкости и делятся на коррозионностойкие АЕ-Ып , сплавы, обладающие достаточной коррозионной стойкостью при определенном структурном состоянии и пониженной коррозионной стойкости Лв-Сц.

Так, из деГюрмируеиых сплавов к исследованию приняты сплавы АЫц, Д16Т, 1'.!г6, из литейных - М9, М23 и АЛ7. По химическому составу и механическим свойствам выбранные сплавы соответствуют ГОСТ 4784-77.

Микро дуто вое оксидирование проводили в ачодно-катодном режиме переменным током промышленной частоты при соотношении Тк:1й= I в щелочном электролите с добавкой силиката натрия. Полученные оксидные слои имели толщину 170-250 шал, после удаления с поверхности образцов рыхлого технологического слоя толщина оксидных слоев составляла 90-100 мкм.

Фазовый состав оксидных слоев определяли при помощи рентгеновского дийрактометра ДРОН-3 в излучении железного и хромового анода. Измерение микротвердости проводили на попереч-

ных илиуах в рабочей зоне оксидного слоя на приборе 1ЫТ-3 с устройством автоматического нагру.кенкя пндентора при нагрузке на алмазную пирамиду 2 Н.

Пористость оксид;!их слоев определяли по методике у;:р;.щ СаЯ^О £180. на приборе Рог051т£&? 2000с интерфейсом, присоединенным к микрокомпьютеру. Действие прибора основано ка построении гистерезисннх кривых вдазлизания к выталкивания ртути за один цикл. Исследование проводили на оксидных слоях, отделенных от основы методом вытравливания алшшиевого сплава. 3 результате математической. обработки данных определяли размеры ж шрг..у пор оксидных слоев, соотношение сквозной и облей пористости.

Поляризационные измерения производили на образцах из оксидированных и неоксддированннх алллинневых сплавов на потенциостате П5848 в потенциодшамическом режиме при скорости развертки 2 В/с в условиях, отрадакщих наияние внешних факторов коррозионной средн.

Коррозионные испытания производили в автоклавной установке при общем давлении 10 МПа и температурах среды 20°С, 70°С и 120°С. 3 качестве коррозионной среды использовали двухфазную среду углеводород-электролит в соотношении 1:1. Углеводородной фазой служи бензин марки А-72, а электролитом -водный растзорЛ&С^ с концентрацией 10,5%; 18/о. Газовая фаза состояла из углекислого газа при парциальном давлении 0,05 Ша и сероводорода при парциальном давлении 0; 0,75; 1,5 Ша. Образцы ввдерливали в автоклаве при заданном реянме в течение 240 часов, за это время скорость коррозии стабилизировалась. Время экспозиции определяли из предварительного эксперимента, что позволило получать сравнимые результаты при различных режимах испытанна.

Оценку состояния поверхностей оОразцов после коррозионных испытаний производили при 56-кратном увеличении непосредственно после эксперимента к спустя 240 часов, в течение которых образцы находитесь в эксикаторе. Через 24 , 72, 120, 240 часов в ходе эксперимента оценивали изменение линейного _ размера образцов и значение плотностей тока коррозии, определяемых по поляризационным кривил.

На основании кате:гатаческого планирования эксперимента по методу Шебфе s ака:::за уравнений регрессии были построены изокорры в тройной системе координат: концентрация Na.С8 ~ парциальное давление сероводорода - температура среды. Матрица планирования эксперимента представлена в табл.1. Расчет коэффициентов уравне:-:""; регрессат к адекватности произведен с помощь-з 3H.i. В качестве критериев оптимизации выбраны плотность тока коррозии, измеренная по полярпзационнш кривы:.:, и изменение линейного размера образцов после автоклавных испытаний.

В работе предложен расчетко-аналктический метод определения времени начача отрыва оксидного слоя от [материала основы и времени его гатастропического разрушен:« в процессе коррозии, что позволяет прогнозировать работоспособность оксидированных ашаяшиеза сплазов в ыянерализоваигдх серо-водородсодеретщиг срезах. Расчетао-ачалитическзгй метод позволяет определить ycrme, способствующее отрыву оксидного слоя от основного металла на единичной длине линии контура формирующихся в зоне единичной поры продуктов коррозии по формуле: ^

р'~ jrmEm , где

время экспозице:, К - скорость коррозии, j"- плотность продуктов коррозии,Еп<- шдуль деформации продуктов коррозии,

ГП - отношение объема продуктов коррозии к объему прокорро-дирозавшего металла, Ти - инкубационный период.

Таблица I

Патрица планирования эксперимента ,для определения комплексного влияния внешних пасторов коррозионной среды на оксидированные алпдиниевые сплавы

г.!атсица' планирования в кодовые Натуральные величины значениях * факторов

Х1 Х2 Х3 Суасг Рцг$ Т

С^асе Рнл Т р! МП а °С

I I 0 0 18 0 30

2 0 I 0 3 1,5 20

3 0 0 г 3 0 120

4 0,5 0,5 0 10,5 0,75 20

о 0,5 0 0,5 10,5 0 70

6 0 0,5 0,5 . 3 0,75 70

3 случае, когда усилие, способствущее отрыву оксидного слоя от основного металла в зоне поры, будет создавать по линии контура Гюрг.жрулцпхся продуктов коррозии налря;:сен::я, равные или бользе прочности сцепления оксидного слоя с основным металлом, начнется отрыв оксидного слоя. В связи с эти: за время начала отрыва оксидного слоя от основного металла принято время, в течение которого усилие, способствущее отрыву достигнет критического значения. 3 работе получены зависимости, позволящке определить оптическое время второго периода коррозионного процесса, приводящего к катастрофическому разрушению оксидного слоя.

В третьей главе диссертационной работы приведены результаты исследования характеристик оксидных слоев и влияния отдельных цакторов минерализованно": сероводородсодэржащей среди на коррозионную стойкость оксндированных а/гомикиевш: сплавов А'Лц, АУгб, Д16Т, МЭ, АЛ23, АЯ7.

Сравнительная оценка коррозионной стойкости оксидированных :: неоксидпрованных алгстднневых сплавов показата, что мпк-юдуговое оксидирование значительно повышает коррозионную стойкость алня-нпевых сплавов в мглерализованякс серо водород-соде ржшцих средах.

Результаты оценки состояния поверхности образцов после автоклавных хсштангй позволили: установить, что кгррозпонное разрушение у всех 1:сследоза::нкх оксидированных аппндеик сплавов проявлялось в виде утолщений на поверхности образцов, связанных с отслоением оксидного слоя от основы. Конечной стадией яатялось разрушение оксидного слоя в местах его отделения.

Поскольку оксидный слой является элекгрох:г::.~:5скп инертны. и не участвует в коррозионном процессе, имеет моего коррозия основного металла в результате воздействия электролита, лроннкащэго через поры оксидного слоя. Образование под оксидным слоем нерастворимых продуктов коррозии ыетагла основы в зпде уплотненного порошкообразного вещества отражается на увеличен:::: линейного размера образца. Рентгеноуазозым анализом были зздентиГвдированы продукты корроэго; ал:шик::еЕы:с сплавов пре;адаественно как гидраты окиси алмлиния к различные сернистые соединения.

При достижешш некоторого критического значения увеличения лшейного размера образца происходи разрыв образовавшегося утолщения и разрушение оксидного слоя.

Результаты исследования влияния температуры, концентрации

№аСб , парциального давления углекислого газа и сер:зэдороца позволили установить, что наибольяее влияние на увел:~ение скорости коррозии окецдиро ванных шгкродуговым способа:: алюминиевых сплавов оказывает температура двухфазной ср?;ы углеводород - электролит. При этом интенсификация скорости коррозии так ае как и у неоксидированных сплавов уменьшается при температуре вьгае 50-б0°С. Меяьпе, чем температура, на коррозионное разрушение влияет конпентрацит хлор-ионзз з растворе. Тан, например, з исследованных диапазонах изменения температуры и концент рации ШСв плотность тока коррозии для оксидированного сплава Д16Т зозрастает соответственно з 2,57 и 1,67 раза.

Результаты исследования влияния сероводорода на коррозионное поведение оксидированных аякшиниевых сплавов показали, что в минерализованных водных растворах увеличение пар-цначьного давления сероводорода способствует уменьленпэ скорости коррозии (табл.2). Нами это явление объясняется специфическим пассивирущим зоздехлетвием сероводорода на алкминиевые сплавы.

При сохранении общих тенденций влияния внешних факторов на коррозионное поведение оксидированных алилпниевых сплавов существенное различие скорости коррозии связано с снеге:.©;': их легированга и способом производства. Так, в ряду уменулен^я коррозионной стойкости во всей диапазоне изменения с?:;пер£-туры и концентрации АЬСв исследуемые оксидированные ашлн-ниевне сплавы располагаются в следующей последовательности: АМц, А'.1г6, Д16Т, АЛЭ, АЯ23, АЛ7.

Зависимость коррозионной стойкости оксидированных ал;>-мшиевых сплавов от их системы легирования и способов производства связана как с эффективностью защитного дейстзня

оксидного слоя, так и с коррозионной стойкостью основного металла.

Таблица 2

Влияние сероводорода на скорость коррозии

___ ______оксидированных алшиниевых сплавов

(по току коррозии)

Сплав Парциальное давление сероводорода, Ша

основы 0 0,75 1,5

АМц 2 х Ю-4 1.7 х Ю-4 1,2 х 10"4

- 1Ъ 33

А1.*го 39 х Ю-4 32 х Ю-4 24 х Ю-4

- 18 38

Д16Т 746 х 10 ^ 619 х ю-4 436 х Ю-4

- 17 42

АПЭ 888 х Ю"4 793 х ю-4 634 х Ю-4

- II 29

М23 985 х Ю-4 . 749 х ю-4 675 х 10"4

- 24 31

АЕ7 911 х Ю-4 859 х ю-4 734 х 10"4

- 6 19

В числителе - значение токового показателя скорости коррозии, А/м2.

В знаменателе - защитный эффект от воздействия сероводорода, %.

Как показывают результаты рентгенофазового анализа, оксидные слои, сформированные микродуговым оксидированием на

исследуемых алшиниевых сплавах различных систем легирования, СОСТОЯТ в ОСНОВНОМ ИЗ drfltfi^ • , 3M205-2SL02

и At^Oí! при различном соотношении фаз. Несмотря на различные соотношения указанных фаз в оксцщых слоях, они являются электрохимически инертными. В связи с этим коррозионнозащитное деистзке оксидных слоев преимущественно определяется их пористостью, формирование которой при кикродуговом оксидировании зависит от химического состава и способа производства материала основы.

По результатам измерения общей и сквозной пористости и спорны пор в работе показано, что обцая пористость оксддпых слоев на деформируемых сплавах АМц, АМгб, Д16Т составляет соответственно 0,5$; 3,0$; 6,5$, тогда как оксидные слои на литейных алшиниевюс сплавах AJ9, АЛ23, АП7 имеют пористость 7,5%; 10,5% и II,5$. Установлено такне, что сквозная пористость оксидных слоев коррелирует с величиной общей пористости. Так, например, сквозная пористость оксидного слоя на сплаве АМц составляет 0,1%, а на сплаве АЛ7 - 6,5$. Характерной особенностью оксидных слоев на литейных алшиниевых сплавах является увеличение размеров сквозных пор. Таким образом, общая и сквозная пористость оксидного слоя, формируемого на алшиниевых сплавае, возрастает с увеличением гетерогенности сплавов из-за затрудненности образования оксидов в местах расположения интерметаллических соединений и неравномерности роста оксида на

отдельных микроструктурных составлящих.

/

3 третьей главе диссертационной работы приведены такке результаты графо-аналитических исследований, выполненных для всех оксидированных алшиниевых сплавов и всех режимов коррозионных автоклавных испытаний, поз водящие определять или прогнозировать время начала отрыва оксидной пленки от металла основы.

В качестве примера на рис Л приведены расчетные кинетические зависимости усилий ( р'), способствующих отрыву оксидных слоев от основы для исследуемых алшнниевых сплавов в процессе образования продуктов коррозии в порах оксида. Приведенные зависимости получены для одного из исследованных режимов автоклавных испытаний (температура среды 70°С, концентрация МоС2 в водной пазе 10,5^, парциальное давление сероводорода 1,5 !.Иа). Время начала отрыва ( ИотР) оксидной пленки от оснозного металла определено как продол:штельность экспозиции образцов, когда усилие, способствущее отрыву оксида, достигнет величины усишш ( Г"), соответствующей прочности сцепления оксидно": пленки и основного металла.

Сравнение расчетных и экспериментальных значений времени начала отрыва оксидной пленки от основы позволило определить достаточно надезную корреляцию ые::<ду определенными величинами.

Поскольку работоспособность деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов и подвергнутых мккродуговотлу оксидиро-вангао, определяется наличие;.: на их поверхности оксидного слоя, начало отрыва последнего .от основного металла приводит к изменению линейных размеров деталей и является стадией, предшествущей катастрофическому разрушению. В связи с этим предложенная методика позволяет прогнозировать работоспособность в минерализованных средах деталей, изготовленных из алшиниевых сплавов и подвергнутых микродуговому оксидированию.

Четвертая глава диссертационной работы содеряжт результаты анализа комплексного влияния температуры, минерализации и парциального давления сероводорода двухфазных сред углеводород-электролит на коррозионную стойкость окскдировамых

Время начала отрыва оксидной пленки С01р1час.

РисЛ Определение времени отрыва оксидного слоя от материала основы в минерализованной сероводородоодержащей среде.

алшинпевих сплавов. Па основании анализа разработаны рекомендации по рациональным областям применения исследованных материалов с учетом условий эксплуатации газонейтепромыслового оборудования.

На основе анализа уравнений регрессии, составленных для выходного параметра - плотности тока коррозии оксидированных мпкро,дуговым способом алюминиевых сплавов А"Лц, Мгб, Д16Т, АЛ 9, АЛ23 л АП7 в треугольной системе координат (температура -концентрация ЫоС2 - парциальное давление сероводорода) построены изокоррьг.Прк этом величина плотности тока коррозии характеризует интегральное значение плотностей тока коррозии в единичных поражениях оксидного слоя на равной для всех исследованных материалов площади поверхности.

Путем обсчета уравнений регрессии для второго выходного параметра - изменения линейного размера образца - для построенных в треугольной системе координат пзокор определены области коррозионной стойкости, начала коррозионного разрушения (начала отрыва оксидного слоя в зоне единичных пор от основного металла) и катастрофического коррозионного разрушения (разрушения оксидного слоя).

Сравнение определенных площадей различных областей коррозионной стойкости оксидированных атшикиевых сплавов позволяет ранмкровать их по сопротивлению коррозионному разрушению в минерализованных сероводородсодеряалцк средах при различных температурах и определять граничные условия коррозионной агрессивности сред, при которш; практическое использование оксидированных алюминиевых сплавов монет стать нецелесообразным.

В качестве примера на рис.2 и 3 приведены изокорры оксидированных сплавов АМц и АЛ7. Областью коррозионной стойкости оксидированного алкмшшевого сплава АМц в минерализованных

сероводородсодерлацих средах является вся поверхность определения значений концентрацнй/ЛзС^, парциального давления сероводорода и температуры средн. Допустимые значения указанных внешни факторов находятся в пределах: концентрация jfoCt-от 3 до 18%, парциальное давление сероводорода от 0 до 1,5 ¡.Па, температура среды от 20 до 120°С.

Зона коррозионной стойкости оксидированного сплава АД7

ограничена кривой I (рпс.З), соответствуздей плотности тока —4 2

коррозии 800x10 A/i.i . При этом допустимая температура среды не должна превышать 30°С, концентрацияМ?С"йз растворе -не более &%, а парциальное давление серозодорода - не менее 1,35 ..Па.

По результатам сравнения площадей зоны коррозионной стойкости на изокоррах построенкнх в треугольной системе координат, модно констатировать, что по мере уменьшения указанных площадей, характериззшцих возмогши диапазон изменения внешних факторов коррозионной среды, исследованные оксидированные ал.шкниевые сплавы располагаются з следующей последовательности: АМц, А'Лгб, Д16Г, AÏS, АЛ23, А.17. При этом оксидированные али/шниевые деформируемые сплазы сохраняют высокую коррозионную стойкость в более широком диапазоне изменения внешних факторов, олределчщих коррозионкул агрессивность минерализованных сероводородсодер:;сащих сред, чем литейные. Наиболее узкий допустимый диапазон изменения внешних факторов коррозионной среды как среди деформируемых, так и литейных исследованных оксидированных алшинлевых характерен для сплавов системы Ж-Си .

Области начала коррозионного разрушения для всех исследовании оксидированных алюминиевых сплавов, за исключением Ат<1ц, характеризуется узки?,1 диапазоном изменения внешних

ЫаС1,

%

Плотности тока коррозии:

1- 2 • 104 А/мг

2- 4 ■ 10 4 А/мг

3- 6 • 10~4 А/мг

] — зона коррозионной стойкости

Рис.2 Изокорры оксидированного сплава АМц.

Плотности

1- 800 » 10 А/мг

2-1000 « 10 4 А/мг

3-1200 ■ 104 А/мг

коррозии:

4-1400 > 104 А/м2

5-1600 - 104 А/мг

— зона коррозионной стоикости

— зона начала коррозионного разрушения

— зона катастрофического коррозионного разрушения

Рис.3 Изокоррн оксидированного сплава. АЯ7.

факторов, определяющих коррозионную агрессивность минерализованных сероводородсодеряащих сред. Использование оксидированных деталей из ал?з.':шиевнх сплавов для эксг-туатащш в этих условиях, когда появляйся признак:: начала коррозионного разрушения, возможно лишь с учетом проектного срока го: эксплуатации.

Различие в площадях областей коррозионной стойкости связаны главным образом с изменением областей катастрофического коррозионного разрушения оксидированных ал:-х:иниевых сплавов. Наибольшая площадь зоны катастрофического разрушения из исследованных оксидированных алшшиевых сплавов характерна для сплава АЛ7 (рис.3).

Результаты исследования комплексного влияния знеаиих факторов коррозионных сред на коррозионное поведение оксидированных алшшиевых сплавов позволили разработать рехэмендацип по практическому использованию исследованных материалов душ деталей нефтегазопрошслового оборудования, эксплуатирующихся в минерализованных серо водо родео держащих средах.

При разработке указанных рекомендаций, наряду с коррозионной стойкостью исследованных материалов, учитывались их механические и технологические свойства п сопротивление изнашиванию при различных услов:ьях контактного взаимодействия с контр-телои.

Так, например, показано, что оксидированный сплав Д16Т целесообразно использовать для изготовления деталей простой конфигурации, испытывающих повышенные нагрузки или для тяжело-нагруженных пар трения, работайте: в услов;;ях воздействия нефтепромысловых сред, содержащих в водной пазе до 3,5$ (мае. )/7оС8, парциальном давлении сероводорода 0,8 ¡.Ша и

более и температуре до С0°С, а такте при содержании в водной базе до ТоЖаСС, иалички или отсутствии сероводорода и температуре до 30°С.

В ШТК "Нефтеотдача" проведены стендовые испытания штоков, изготовленных в соответствии с разработанными рекомендациями из оксидированного сплава Д16Т для роторно-порз-невых насосов, предназначенных для перекачки минерализованных сероводородсодерлацих сред. По результатам стендовых испытаний указанный материал рекомендован для изготовления опытной партии роторно-поршневых насосов РП-1.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Ышсро дуто вое оксидирование способствует повышению сопротивления алюминиевых сплавов коррозионному разрушению, однако не меняет присущую алюминиевым сплавам зависимость коррозионной стойкости от способа производства и системы легирования сплавов.

2. Скорость коррозии оксидированных алхыкниевых сплавов зависит от степени и характера пористости оксидных слоев. Соотношение объемов сквозных пор к общему объему оксидного слоя влияет на скорость коррозии основы, а общая пористость -на скорость разрушения оксидного слоя.

3. Влияние внешних факторов среды на скорость коррозии оксидированных алюминиевых сплавов неоднозначно. Повышение температуры и минерализации среды приводит к позышенив скорости коррозии оксидированных алкминиевых сплавов, тогда как повышение парциального давления сероводорода способствует улучшению коррозионной стойкости исследованных материалов за счет своеобразного пассивирующего действия.

4. Предложен механизм коррозионного разрушения оксидированных алюминиевых сплавов, характеризующегося отслаиванием от основы и растрескиванием оксидного слоя под воздействием растягивающих напряжений, возникающих в результате образования и скопления нерастворимых продуктов коррозии на границе раздела оксидны"! слой - матерная подложки.

5. Разработан расчетно-аналитический метод определения времени начала отрыва оксидного слоя от материала основы и времени начала катастрофического разрушения оксидированного микродуговым способом алшиниевого сплава. Предложенный метод позволяет прогнозировать работоспособность деталей оборудования в минерализованных средах.

6. Предложены методические рекомендации по выбору рациональных областей применения оксидированных алюминиевых сплавов с учетом комплексного воздействия внешних факторов минерализованных сероводородсодеряацих сред на их коррозионное поведение.

Проведены стендовые испытания штоков, изготовленных в соответствии с разработанными рекомендациями из оксидированного сплава Д16Т для роторно-поршневых насосов, предназначенных для перекачки минерализованных сероводородсодеряащих сред.

По результатам стендовых испытаний указанный материал рекомендован для изготовления опытной партии роторно-поршневых насосов РП-1.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Бакиров Ю.А., Великосельская Н.Д., Астафьева 0.В. Влияние микродутовой обработки на коррозионную стойкость алюминиевых/ сплавов в минерализованных сероводородсодержащих средах //Нефтяная и газовая промышленность. Сер."Защита от

коррозии и охрана округгагацоп срадц". Экспресс-информация, 1920, - Вкл.5. - с.13.

2. Великосельская Н.Д., Астаг5ьева 0.3. Об особенностях коррозии алхминиевых сплавов с тонкослойным керамическим — покрытием //Рукопись .'."! 31-НХг1 депонирована в справочно-информационном фонде ШЖГЭь:э)техиы.

3. Сааккян Л.С., Ефремов А.П., Великосельская Н.Д., Астафьева 0.3. Повышение коррозионной стойкости алшиниевых сплавов в минерализованных сэроводородсодернацих средах методом микродутового оксидесозанпя //Тез.Всесоюзного совещания "Проблемы защиты от коррозии нефтегазопромыслового оборудования". - Смоленск, 1551. - с.22.

4. Великосельская Н.д. , Астафьева 0.В. Пары трения из тонкослойной керамики для агрессивных сред //Тез.докл.

У научно-технической конференции "Триботехника - машиностроению". - Нижний Новгород, сентябрь 1991. - с.66.

5. Саакиян Л.С., ЭЗремсз А.П., Астафьева 0.3. Определение работоспособности деталей из оксидированных алкминиевых сплавов в минерализованных сероводородсодержащих средах _ Защита от коррозии и охрана окружающей среды,- №3,1993, с.1-4.