CN111579471A - 实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置及方法，本发明通过应力加载夹具使应力腐蚀试样始终保持弯曲，通过固定夹使试片与应力腐蚀试样间保持间隙，通过旋转螺钉调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离，从而适用于不同缝隙作用的腐蚀性能测试，本发明针对油气田、化工、海洋等行业对材料进行应力以及缝隙腐蚀评价的实际需求，针对高温高压条件下的苛刻环境的管材服役工况，并且本测试装置结构简单，耐腐蚀，用料少，同时可以实现高温高压浸泡法和电化学测试方法。
Description
技术领域
本发明属于测试装置领域，具体涉及一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置及方法。
背景技术
油套管在油田井下复杂工况下服役时，由于管柱的自重而受到一定的拉应力，同时由于油管柱的摆动或颤动引起管体倾斜，有时与套管接触或形成一定的缝隙，另一种较为频繁的则是管柱结构之间以及管体与配件之间构成较多的缝隙，这种管体在拉应力状态下以及缝隙结构存在时，在高温高压油气混输以及油气开采过程中的腐蚀介质的作用下，存在较大的应力与缝隙协同作用的腐蚀隐患。众所周知，在油田环境应力腐蚀断裂是危害最大的腐蚀形态之一，再加上管体之间存在缝隙腐蚀的促进，管体腐蚀失效事件则更加频繁。因此在油田管柱的选材及防腐治理措施方面，掌握材料在应力状态下的缝隙腐蚀敏感性是目前预防管柱失效的关键技术之一。
目前对管材的应力以及缝隙腐蚀研究方面，应力腐蚀方法常见的有：三点加载弯曲法；四点加载弯曲法以及圆棒拉伸法。缝隙腐蚀则无统一的加载方式，常见的是夹具上加工一定的缝隙安装在试样上即可。因此应力与缝隙腐蚀分别是各自开展测试，鲜有同时实现应力以及缝隙腐蚀协同作用的测试装置。而结合油田目前存在的大量的腐蚀失效分析可见，管材在应力状态下并且存在缝隙腐蚀的现象比比皆是，因此设计一种实现金属材料在应力与缝隙腐蚀协同作用下的测试装置，满足油田管柱选材以及失效机理研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置及方法，满足高温高压环境浸泡法和高温电化学测试方法来评价管材的缝隙腐蚀敏感性的需求。
为了达到上述目的，实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，包括应力腐蚀试样、应力加载夹具和试片，应力加载夹具用于固定应力腐蚀试样，并使应力腐蚀试样始终保持弯曲，试片与应力腐蚀试样间通过固定夹固定，使试片与应力腐蚀试样间保持间隙，试片上设置有螺钉，通过旋转螺钉能够调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离。
应力腐蚀试样的一端连接有电化学测试导线。
试片与应力腐蚀试样的宽度相同。
试片上开设有螺纹孔，螺钉旋入螺纹孔中。
固定夹固定在试片的两端。
试片与应力腐蚀试样间的间隙大小调节范围为0.01mm～1mm。
一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，将应力腐蚀试样固定在应力加载夹具上，使腐蚀试样表面加载拉伸应力；
步骤二，通过固定夹在应力腐蚀试样上固定试片，使试片与应力腐蚀试样间保持间隙；
步骤三，通过旋转螺钉调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离；
步骤四，进行腐蚀性能测试。
与现有技术相比，通过应力加载夹具使应力腐蚀试样始终保持弯曲，通过固定夹使试片与应力腐蚀试样间保持间隙，通过旋转螺钉调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离，从而适用于不同缝隙作用的腐蚀性能测试，本发明针对油气田、化工、海洋等行业对材料进行应力以及缝隙腐蚀评价的实际需求，针对高温高压条件下的苛刻环境的管材服役工况，并且本测试装置结构简单，耐腐蚀，用料少，同时可以实现高温高压浸泡法和电化学测试方法。
本方法首先将应力腐蚀试样固定在应力加载夹具上，使应力腐蚀试样保持弯曲；再通过固定夹在应力腐蚀试样上固定试片，使试片与应力腐蚀试样间保持间隙；通过旋转螺钉调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离；最后进行腐蚀性能测试。本方法能够满足高温高压环境浸泡法和高温电化学测试方法来评价管材的缝隙腐蚀敏感性的需求，同时可以实现不同应力状态下缝隙尺寸的变化对材料开裂敏感性的影响。
附图说明
图1为本发明的结构图；
其中，1、应力腐蚀试样，2、固定夹，3、试片，4、螺钉，5、电化学测试导线，6、应力加载夹具。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，包括应力腐蚀试样1、应力加载夹具6和试片3，应力加载夹具6用于固定应力腐蚀试样1，并使应力腐蚀试样1始终保持弯曲，试片3与应力腐蚀试样1间通过固定夹2固定，固定夹2固定在试片3的两端，使试片3与应力腐蚀试样1间保持间隙，试片3与应力腐蚀试样1的宽度相同，试片3上设置有螺钉4，试片3上开设有螺纹孔，螺钉4旋入螺纹孔中，通过旋转螺钉4能够调节试片3与应力腐蚀试样1间的间隙距离。试片3与应力腐蚀试样1间的间隙可调节范围大小为0.01mm～1mm，应力腐蚀试样1的一端连接有电化学测试导线5，可实现应力状态下协同缝隙腐蚀作用的电化学腐蚀特性的测试。焊接处用环氧涂封，避免焊材对测试结果的影响。
一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，将应力腐蚀试样1固定在应力加载夹具6上，使应力腐蚀试样1保持弯曲；
步骤二，通过固定夹2在应力腐蚀试样1上固定试片3，使试片3与应力腐蚀试样1间保持间隙；
步骤三，通过旋转螺钉4调节试片3与应力腐蚀试样1间的间隙距离；
步骤四，进行腐蚀性能测试。
本发明用于在高温高压条件并在CO2和/或H2S共存苛刻环境下的应力与缝隙协同作用的腐蚀评价试验，可实现电化学性能测试、失重法测试腐蚀速率，通过实验可以掌握对材料应力腐蚀开裂敏感性起主导作用的临界缝隙尺寸。
应力腐蚀试样1在加载不同的拉伸应力值后，通过调节应力腐蚀试样1应力集中区域表面设置的缝隙的大小尺寸，测试评价试样在应力状态下协同不同尺寸缝隙作用下的腐蚀开裂敏感性或腐蚀程度。应力腐蚀试样1的尺寸为120mm×15mm×3mm，应力腐蚀试样1应力加载范围为试样材料名义屈服强度的60％～90％。应力集中区域表面的缝隙的形成是由一个与试样同样宽度的试片3固定在应力腐蚀试样1的上面，试片3为聚四氟乙烯片，试片3安装好后与应力腐蚀试样1表面可调节形成0.01mm～1mm的缝隙。
本发明所设计的应力及缝隙协同作用的测试装置可适用于一定温度、压力范围(≥25℃，常温以及≤70MPa)，满足浸泡法和电化学测试方法并且在含CO2/H2S介质的油田环境，实现油井管材的筛选和腐蚀性能评价。
Claims (7)
1.实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，包括应力腐蚀试样(1)、应力加载夹具(6)和试片(3)，应力加载夹具(6)用于固定应力腐蚀试样(1)，并使应力腐蚀试样(1)始终保持弯曲，试片(3)与应力腐蚀试样(1)间通过固定夹(2)固定，使试片(3)与应力腐蚀试样(1)间保持间隙，试片(3)上设置有螺钉(4)，通过旋转螺钉(4)能够调节试片(3)与应力腐蚀试样(1)间的间隙距离。
2.根据权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，应力腐蚀试样(1)的一端连接有电化学测试导线(5)。
3.根据权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，试片(3)与应力腐蚀试样(1)的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，试片(3)上开设有螺纹孔，螺钉(4)旋入螺纹孔中。
5.根据权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，固定夹(2)固定在试片(3)的两端。
6.根据权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，其特征在于，试片(3)与应力腐蚀试样(1)间的间隙大小调节范围为0.01mm～1mm。
7.权利要求1所述的一种实现材料在应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将应力腐蚀试样(1)固定在应力加载夹具(6)上，使应力腐蚀试样(1)表面加载拉伸应力，保持弯曲；
步骤二，通过固定夹(2)在应力腐蚀试样(1)上固定试片(3)，使试片(3)与应力腐蚀试样(1)间保持间隙；
步骤三，通过旋转螺钉(4)调节试片(3)与应力腐蚀试样(1)间的间隙距离；
步骤四，进行腐蚀性能测试。
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