用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極及不銹鋼鉆鋌的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲 陽極及不銹鋼鉆鋌。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油鉆探行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，而鉆探技術(shù)的核心在于井下的鉆井設(shè) 備和錄井設(shè)備。隨著隨鉆設(shè)備的廣泛使用，井下鉆探的效率得到極大提高。但同時面對井 下復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，隨鉆設(shè)備的腐蝕也成為了亟需解決的問題。隨鉆設(shè)備在井下的主體是 無磁鉆鋌，目前國內(nèi)常用的無磁鉆鋌主要采用高Cr、Ni或高Cr、Mn的不銹鋼材質(zhì)，具有良好 的耐腐蝕性能。但隨著使用時間的延長，和受井下復(fù)雜環(huán)境的影響，鉆鋌的耐腐蝕性能逐漸 下降，將威脅到鉆鋌內(nèi)部的隨鉆測量設(shè)備的安全。因此，需要使用外加手段提高鉆鋌的耐腐 蝕性能，增加鉆鋌的使用壽命。
[0003] 對金屬進(jìn)行陰極保護(hù)的方法主要有外加電流法和犧牲陽極法。外加電流法就是將 被保護(hù)金屬與外加電源的負(fù)極相連，被保護(hù)金屬得電子則不會被腐蝕。外加電源提供的電 流較穩(wěn)定，但實(shí)施和維護(hù)較繁瑣，并且容易對井下采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。犧牲陽極法是將被 保護(hù)金屬和電位更負(fù)的金屬連接，電位更負(fù)的金屬發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生腐蝕電流，該方法設(shè)備簡 單、成本低，適用于電阻率較小的井下環(huán)境。
[0004] 過去常采用現(xiàn)有牌號的鋁基或鋅基犧牲陽極對鉆鋌進(jìn)行保護(hù)，但保護(hù)效果都不太 明顯。主要原因是鋁基或鋅基犧牲陽極與不銹鋼之間的電位差過大（約1000mV)，犧牲陽 極消耗過快。而鉆鋌上的犧牲陽極采用焊接技術(shù)安裝，犧牲陽極不宜過大，更換次數(shù)不宜過 頻。因此需要采用低驅(qū)動電位的犧牲陽極對不銹鋼進(jìn)行陰極保護(hù)。
[0005] 在不銹鋼、銅合金和鈦合金等耐腐蝕金屬的保護(hù)上，國內(nèi)主要采用鐵陽極。但目 前對鐵基犧牲陽極的研宄開展較少，并未形成成熟的犧牲陽極牌號，實(shí)際使用中大多采用 純鐵或普通碳鋼，這些材料的犧牲陽極性能相差較大。因此需要控制犧牲陽極中添加的合 金元素，使其工作電位、溶解性能和電流效率等犧牲陽極性能達(dá)到最佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極及不銹鋼鉆鋌，以 解決目前的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明提供一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極，所述鐵基犧牲陽極為低碳 合金鋼，其成分包括：c為 0? 15-0. 20wt %，Mn 為 0? 5-0. 85wt %，Cr 為 0? 8-1. 25wt %，Si 為 0? 20-0. 30wt%，Ti 為 0? 05-0. 12wt%，其余為 Fe。
[0008] 作為一實(shí)施例，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理步驟依次包括：830°C下油淬，之 后保溫200°C，回火2H。
[0009]作為一實(shí)施例，所述無磁不銹鋼包括高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni 的無磁不銹鋼。
[0010] 本發(fā)明還提供一種具有鐵基犧牲陽極保護(hù)功能的不銹鋼鉆鋌，所述鉆鋌包括外殼 和鐵基犧牲陽極，所述鐵基犧牲陽極裝配在所述鉆鋌外殼上并與所述外殼充分接觸，所述 鐵基犧牲陽極為低碳合金鋼，其成分包括：c為0. 15-0. 20wt%，Mn為0. 5-0. 85wt%，Cr為 0? 8-1. 25wt%，Si 為 0? 20-0. 30wt%，Ti 為 0? 05-0. 12wt%，其余為 Fe。
[0011] 作為一實(shí)施例，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理步驟依次包括：830°C下油淬，之 后保溫200°C，回火2H。
[0012] 作為一實(shí)施例，所述不銹鋼鉆鋌為高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni的 無磁不銹鋼。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明將鐵基犧牲陽極裝配在要保護(hù)的無磁不銹鋼上，使 兩者充分接觸，提高電流效率；同時也能減少犧牲陽極因?yàn)槊撀涠鴮?dǎo)致壽命短、效率低的現(xiàn) 象。本發(fā)明所述的鐵基犧牲陽極具有很高的電流效率，犧牲陽極溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫 落，是一種優(yōu)秀的保護(hù)無磁不銹鋼的犧牲陽極。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0015] 本發(fā)明提供一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極，所述鐵基犧牲陽極為低 碳合金鋼，所述鐵基犧牲陽極的成分為：C為0. 15-0. 20wt%，Mn為0. 5-0. 85wt%，Cr為 0? 8-1. 25wt%，Si 為 0? 20-0. 30wt%，Ti 為 0? 05-0. 12wt%，其余為 Fe。
[0016] 作為一實(shí)施例，所述無磁不銹鋼包括高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni 的無磁不銹鋼。具體實(shí)施時，所述的高含量，對于高含量Cr、Ni的無磁不銹鋼來說，Cr、Ni 含量分別是15%以上，對于高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼來說，Cr、Mn含量分別是15%以上。
[0017] 作為一實(shí)施例，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理步驟依次包括：830°C下油淬，之 后保溫200°C，回火2H。
[0018] 本發(fā)明還提供一種具有鐵基犧牲陽極保護(hù)功能的不銹鋼鉆鋌，所述鉆鋌包括外殼 和鐵基犧牲陽極，所述鐵基犧牲陽極裝配在所述鉆鋌外殼上并與所述外殼充分接觸，所述 鐵基犧牲陽極為低碳合金鋼，其成分包括：C為0. 15-0. 20wt%，Mn為0. 5-0. 85wt%，Cr為 0? 8-1. 25wt%，Si 為 0? 20-0. 30wt%，Ti 為 0? 05-0. 12wt%，其余為 Fe。
[0019] 作為一實(shí)施例，所述不銹鋼鉆鋌為高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni的 無磁不銹鋼。具體實(shí)施時，所述的高含量，對于高含量Cr、Ni的無磁不銹鋼來說，Cr、Ni含 量分別是15%以上，對于高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼來說，Cr、Mn含量分別是15%以上。
[0020] 作為一實(shí)施例，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理步驟依次包括：830°C下油淬，之 后保溫200°C，回火2H。
[0021] 本發(fā)明為了克服鐵基犧牲陽極選材上的不足，提供了一種工作電位穩(wěn)定、電流效 率高，適用于保護(hù)無磁不銹鋼，特別是一種適用于保護(hù)不銹鋼鉆鋌及其他不銹鋼鉆探設(shè)備 的高效率的鐵基犧牲陽極。采用焊接技術(shù)安裝犧牲陽極有助于犧牲陽極與陰極的充分接 觸，提高電流效率；同時減少犧牲陽極因?yàn)槊撀涠鴮?dǎo)致壽命短、效率低的現(xiàn)象。
[0022] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明選取四種鐵基犧牲陽極材料應(yīng)用于保護(hù)310S無磁不 銹鋼為例，參照國標(biāo)GB/T 17848-1999,通過恒電流實(shí)驗(yàn)，自腐蝕實(shí)驗(yàn)，電化學(xué)測試等方法， 優(yōu)選出一種電位差適宜、工作電位穩(wěn)定、電流效率高、陽極溶解均勻的犧牲陽極。
[0023] 將犧牲陽極應(yīng)用于保護(hù)其他常用的高Cr、Ni和高Cr、Mn材質(zhì)的無磁不銹鋼，從實(shí) 際的保護(hù)效果仍然可以得出，本發(fā)明優(yōu)選的鐵基犧牲陽極具有很高的電流效率，犧牲陽極 溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落，是一種優(yōu)秀的保護(hù)無磁不銹鋼的犧牲陽極。
[0024] 下面具體進(jìn)行闡述：
[0025] 綜合考慮樣品加工性能和井下環(huán)境對樣品耐腐蝕性的要求，本發(fā)明選取不同成分 的四種鐵基犧牲陽極材料進(jìn)行測試研宄，分別為合金鋼1、合金鋼2、合金鋼3、合金鋼4.，其 主要元素成分見表1。
[0026] 表1四種鐵基犧牲陽極材料元素成分表（wt% )
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極，其特征在于，所述鐵基犧牲陽極為低碳 合金鋼，其成分包括：c為 0? 15-0. 20wt %，Mn 為 0? 5-0. 85wt %，Cr 為 0? 8-1. 25wt %，Si 為 0? 20-0. 30wt%，Ti 為 0? 05-0. 12wt%，其余為 Fe。
2. 如權(quán)利要求1所述的鐵基犧牲陽極，其特征在于，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理 步驟依次包括：830°C下油淬，之后保溫200°C，回火2H。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鐵基犧牲陽極，其特征在于，所述無磁不銹鋼包括高含量 Cr、Mn的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni的無磁不銹鋼。
4. 如權(quán)利要求3所述的鐵基犧牲陽極，其特征在于，所述高含量Cr、Mn的無磁不銹鋼 包括F166無磁不銹鋼和P550無磁不銹鋼。
5. 如權(quán)利要求3所述的鐵基犧牲陽極，其特征在于，所述高含量Cr、Ni的無磁不銹鋼 包括3IOS無磁不銹鋼。
6. -種具有鐵基犧牲陽極保護(hù)功能的不銹鋼鉆鋌，其特征在于，所述鉆鋌包括外殼和 鐵基犧牲陽極，所述鐵基犧牲陽極裝配在所述鉆鋌外殼上并與所述外殼充分接觸，所述鐵 基犧牲陽極為低碳合金鋼，其成分包括：C為0. 15-0. 20wt%，Mn為0. 5-0. 85wt%，Cr為 0? 8-1. 25wt%，Si為 0? 20-0. 30wt%，Ti為 0? 05-0. 12wt%，其余為Fe。
7. 如權(quán)利要求6所述的不銹鋼鉆鋌，其特征在于，所述鐵基犧牲陽極調(diào)質(zhì)態(tài)熱處理步 驟依次包括：830°C下油淬，之后保溫200°C，回火2H。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的不銹鋼鉆鋌，其特征在于，所述不銹鋼鉆鋌為高含量Cr、Mn 的無磁不銹鋼或高含量Cr、Ni的無磁不銹鋼。
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種用于保護(hù)無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極及不銹鋼鉆鋌，所述鐵基犧牲陽極的成分包括：C為0.15-0.20wt％，Mn為0.5-0.85wt％，Cr為0.8-1.25wt％，Si為0.20-0.30wt％，Ti為0.05-0.12wt％，其余為Fe。本發(fā)明將鐵基犧牲陽極裝配在要保護(hù)的無磁不銹鋼上，使兩者充分接觸，提高電流效率；同時也能減少犧牲陽極因?yàn)槊撀涠鴮?dǎo)致壽命短、效率低的現(xiàn)象。本發(fā)明所述的鐵基犧牲陽極具有很高的電流效率，犧牲陽極溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落，是一種優(yōu)秀的保護(hù)無磁不銹鋼的犧牲陽極。
【IPC分類】C22C38-28, C23F13-14
【公開號】CN104694936
【申請?zhí)枴緾N201410776221
【發(fā)明人】丁冬雁, 田璇
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月15日