4130钢表面堆焊625合金热影响区硬度研究文献综述

 2021-11-01 22:22:49

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1.1.课题研究的意义及背景

目前,全球己探明的天然气资源中约1/3为含有H2S/C02的酸性气田,国内该类气田也是占了相当大的比例。这类气田开采过程中若选材或防腐不当,有害介质将会造成钻采设备、油套管、井下工具以及管线中金属材料的腐蚀,严重的甚至引发事故,威胁设备完整性和安全生产。因此在此类气田的设计和开采过程中应选择合适的材料、采取合理的措施,以确保气田的安全、经济和高效运行。

井口装置是油、气井生产和实施井下作业的关键设备,应满足耐腐蚀性能、低成本和高可靠性等要求。由于镍基耐蚀合金中含有较多的Cr, Mo和Ni元素,其中Cr主要抗氧化腐蚀,Mo和Ni主要抗还原腐蚀,而且Mo还提供了抗点蚀和抗缝隙腐蚀性能,因此镍基合金可用于低合金钢、不锈钢无法满足的苛刻而复杂的腐蚀条件下。

1.2.Inconel 625合金与4130钢材料特点

Inconel 625属于镍基变形高温合金,Mo、Nb为强化元素,依靠γ'[Ni3Al(Ti)]和γ"[Ni3Nb]相的时效析出强化.。具体强化效果受析出相的形态、大小和数量的影响。由于具有优良的屈服强度、高温强度、疲劳强度和耐腐蚀性能,较好的焊接性,Inconel 625合金被广泛应用于航空航天、石油化工、海洋工程等领域。

Inconel 625合金中Cr、Ni主要抗氧化腐蚀,在腐蚀环境中Cr元素持续钝化,从而在合金表面形成Cr203产物膜,以阻止腐蚀的进一步发生;Mo、Ni主要抗还原腐蚀,Mo元素的存在还使合金具有良好的抗点蚀、缝隙腐蚀能力。且镍合金与铁基合金可以无限互熔,Inconel 625合金可以与铁基合金实现冶金结合,从而形成具有良好结合力的焊件。Inconel 625与铁基合金的熔点比较接近,在焊接时合金元素的烧损和蒸发少,对所得焊缝的合金成分影响较小。

4130钢是以Cr和Mo为强化元素的中碳合金钢,其化学成分当于国产30 CrMo。调质态的4130钢具有较高的强度和硬度,良好的塑性和韧性。4130钢具有较高的屈服强度和抗拉强度,力学性能较好。

然而,4130钢含碳量较高,按照国际焊接学会推荐的碳当量计算方式,其C当量达0.73,淬硬倾向大,焊接性较差。4130钢焊接中存在的问题包括,热裂纹、冷裂纹、热影响区过热脆化、热影响区的软化。为了防止热影响区出现裂纹,推荐焊前预热232℃-288℃,以消除或者降低裂纹倾向。

综上所述,Inconel 625合金具有优良的耐腐蚀性,能够满足油气田恶劣腐蚀条件下的抗腐蚀要求,并且具有良好的焊接性;4130钢力学性能较好,具有较高的强度和硬度、良好的塑性和韧性。Inconel 625合金和4130钢熔点分别1350℃和1500℃,两者熔点相近,可以无限互熔,而且线胀系数差异较小。为此选择Inconel 625为填充材料、 4130为母材进行堆焊,以综合利用Inconel 625的耐腐蚀性能和 4130钢的力学性能。

1.3.热处理研究现状

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