真空热处理对4145H钢H2S腐蚀行为的影响

　　4145H钢是一种钻铤用钢，钻铤的服役条件十分恶劣，这要求其具有良好的综合力学性能。并且近年来，随着石油资源的日益减少，钻探深度逐渐加深，H2S腐蚀失效已成为引起钻铤断裂的主要原因。目前学界对钢铁抗 H2S腐蚀能力做了很多研究，有国外学者指出[1]，热处理工艺对钢铁抗 H2S 腐蚀能力是有影响的，其中铁素体能力最强，而马氏体能力最弱。前人亦对钻铤用钢各项性能做了相应的研究[2-4]，但是目前针对钻铤用钢抗硫化氢腐蚀能力的研究少见报道。故本文基于真空热处理和常压热处理的对比， 研究了真空热处理对4145H钻铤钢在2S腐蚀环境中腐蚀行为的影响。

　　1 实验

　　1.1 实验材料

　　实验材料为4145H钻铤钢，化学成分见表1。实验钢经电弧炉冶炼，铸造成型，并按如下工艺锻造：1200℃保温2h，1150℃锻造，终锻温度950℃。锻造后试样加工成50mm×60mm×120mm的方形试样。

　　1.2 测试溶液

　　实验中所用溶液为0.1mol/L的饱和硫化氢溶液，其中H2S气体通过FeS与稀硫酸反应制取，并用醋酸调节饱和硫化氢溶液的pH值，最终使实验溶液的pH=2。

　　1.3 实验方法

　　实验钢按照表2中工艺进行热处理，真空热处理的真空度为2.5×10^-2Pa。热处理后使用线切割机床把试样切割成10mm×10mm×4mm的电化学试样。采用室内浸泡实验模拟石油开采过程中钻铤长期处于硫化氢环境中的腐蚀情况。实验总时间为480h，取样周期分别为72、196、288、360和480h。电化学测试使用德国zahner电化学工作站，测试极化曲线及电化学阻抗。极化曲线扫描范围-0.25～0.5V，扫描速度0.5mV/s。电化学阻抗测试范围0.1～1mHz。

　　2 结果与讨论

　　2.1 组织形貌

　　图1是经过热处理后试样1#、2#的组织形貌照片。图中呈条片状的组织是回火后未消除的片条状马氏体的特征，这是典型的回火托氏体。回火托氏体是马氏体中温回火的产物，由于回火温度没能达到马氏体再结晶温度，经过回火后马氏体的片条状特征没有消失。此类组织称为回火托氏体组织。本实验中的实验材料含有一定量的合金元素，因此，提高了马氏体晶粒的再结晶温度，虽然经过600℃以上的回火处理，依然得到了回火托氏体组织。但这种组织在实际生产中有时也被称为回火索氏体。

　　2.2 极化曲线

　　极化曲线是表征电流密度与电极电位关系的曲线。其测试结果表明，在实验周期内，无论试样1#还是试样2#，极化过程的控制步骤均是钢铁表面的活性溶解。并且有研究指出[5]，金属在强酸性溶液中的腐蚀以表面活性溶解为主。从图2中可看出，在实验周期内，试样的腐蚀电流密度时间的延长而不断增大，但试样2#的腐蚀电流密度明显小于试样1#，根据法拉第定律，其腐蚀速率也同样小于试样1#。