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QPQ技術在國內(nèi)已經(jīng)普遍大量應用,最新研究的深層QPQ技術是在保留原有QPQ技術優(yōu)點的基礎上開發(fā)的新技術,其化合物層的深度達到30μm以上,為普通QPQ技術的一倍多,抗鹽霧腐蝕能力從140h提高到300h以上,其抗蝕性遠高于鍍鉻、鍍鎳等表面防腐技術的水平,因此應用范圍要比普通QPQ技術廣泛得多。目前,深層QPQ技術所具有的高抗蝕性引起了有關行業(yè),尤其是石油、化工、工程機械等腐蝕問題較為嚴重的行業(yè)的關注。這對深層QPQ技術的發(fā)展和研究以及應用推廣注入了新的活力。重慶QPQ技術生產(chǎn)廠家以中低碳鋼以為例,從微觀角度對深層QPQ技術的高抗蝕機理進行了分析和探討。
深層QPQ技術主要包含以下幾道工序:在深層QPQ氮化鹽浴中進行滲氮,在氧化鹽浴中進行氧化,然后拋光,再進行二次氧化,在整個處理過程中滲層質(zhì)量好壞主要取決于深層QPQ鹽浴配方優(yōu)化與否。因此通過對深層QPQ技術的鹽浴配方進行了多次的優(yōu)化試驗,提高了鹽浴穩(wěn)定性和滲氮效果,從而大大加深了滲層的深度,改善了滲層質(zhì)量。并在石油管、工程機械活塞桿以及緊固件等工件上進行了試驗,取得了較好的試驗結(jié)果。
一、深層QPQ技術提高抗蝕性的機理
本文通過研究深層QPQ處理滲層的微觀結(jié)構(gòu)和氮碳氧元素濃度分布以及相組成,重慶QPQ技術生產(chǎn)廠家來為您分析深層QPQ技術高抗蝕性的原因。
1.金相分析
分別為45鋼和20鋼常規(guī)QPQ處理,滲層由疏松層、化合物層和擴散層組成。 45鋼經(jīng)常規(guī)QPQ處理后化合物層厚度為18~20μm,疏松層厚度為5~8μm,20鋼經(jīng)常規(guī)QPQ處理后化合物層厚度為18~20μm,疏松層厚度為6~9μm。
滲層由疏松層、化合物層、中間層和擴散層組成;疏松層是化合物層的一部分,是化合物層外面的不致密的部分。45鋼經(jīng)深層QPQ處理后化合物層厚度為45~47μm,疏松層厚度為7~10μm,中間層厚度為14~16μm,中間層往里為擴散層。20鋼經(jīng)深層QPQ處理后化合物層厚度為50~52μm,疏松層厚度為8~11μm,,中間層厚度為15~18μm,中間層往里為擴散層。
常規(guī)QPQ處理45鋼、20鋼的化合物層的深度偏淺,僅15~20μm,經(jīng)過深層QPQ處理后,化合物層的深度由15~20μm加深到30μm以上,為普通QPQ技術的一倍多,氮化層具有比基體材料更高的抗蝕性,在各種滲氮技術的應用中已獲得公認。因此,經(jīng)過深層QPQ處理后化合物層厚度增加對提高抗蝕起了關鍵的作用。
2.滲層的X射線衍射分析
深層QPQ處理20鋼滲層的X射線衍射譜線。滲層的最表面主要由Fe3O4和Fe3N相組成。這是由于滲層最外層的氧化膜很薄,在對最表層進行X射線衍射時會穿透氧化膜達到化合物層,因此滲層的最表面的相包括氧化膜和疏松層的Fe3O4,還有化合物層中的Fe3N(ε相)。
3.掃描電鏡顯微組織和氮碳氧元素濃度分布
20鋼經(jīng)深層QPQ處理后在掃描電鏡下觀察到的滲層顯微組織,最外層為氧化膜,向內(nèi)為疏松層、化合物層、中間層和擴散層。疏松層是化合物層的一部分,是化合物層外面的不致密的部分。最終觀測到了最外層的氧化膜,氧化膜厚度為5~10μm。在工件表面疏松氮化層上形成高抗蝕的Fe3O4氧化膜。深層QPQ技術具有高抗蝕的原因就在于這層摩擦系數(shù)低、化學穩(wěn)定性好的Fe3O4氧化膜的存在。氧化膜隔斷了腐蝕介質(zhì)和氮化層之間的通道,保護氮化層不受腐蝕。因此,在基體材料的表面有Fe3O4氧化膜和更深氮化層的雙層保護,使工件在QPQ處理后具有高抗蝕能力。
為了明確了氧元素進入化合物層內(nèi)部的詳細情況,以及氧元素進入化合物層內(nèi)部與疏松的關系。重慶QPQ技術生產(chǎn)廠家對經(jīng)深層QPQ處理的試樣的化合物層進行了氮元素和氧元素的掃描,對試樣由表面向內(nèi)做氧元素掃描。表面的氧元素含量高,這與表面氧化膜的存在相一致,同時氧元素的含量向化合物層的內(nèi)部進入很深。對化合物層中灰色疏松部分進行的元素掃描,結(jié)果表面氮元素的含量大大減少,而氧元素的含量大大增加。這證實了化合物層的疏松層是由于氮原子的分子化,形成氣體氮分子,逃離試樣的表面,從而形成孔洞,在深層QPQ處理進行氧化時,氧原子沿著孔洞進入化合物層的內(nèi)部,使化合物層鈍化,因此抗蝕性大大升高。顯然,致密氮化層的表面積小于多孔疏松氮化層的表面積。如果工件外表面為致密氮化層,氧化時形成的Fe3O4氧化膜面積將小于外表面為疏松氮化層的Fe3O4氧化膜面積。Fe3O4氧化膜具有很高的化學穩(wěn)定性和抗蝕性,F(xiàn)e3O4氧化膜面積越大,其抗蝕性就越好。上述試驗從理論上證實了深層QPQ處理的抗蝕性比常規(guī)QPQ處理抗蝕性高的原因。
二、深層QPQ技術應用研究
1.石油管防腐用深層QPQ技術的研究
試驗的中心環(huán)節(jié)是提高石油管的抗蝕性和石油管材料的力學性能達到合格標準。試驗中利用了J55、N80、N80Q等多種石油管材料,進行了深層QPQ處理后抗蝕性與原材料和氮化處理的對比。抗蝕性主要鹽霧試驗方法。同時對常規(guī)QPQ處理后和深層QPQ處理后的試樣進行了沖擊試驗和拉伸試驗兩項力學性能試驗。
(1)深層QPQ處理對石油管材料抗鹽霧蝕性的影響
J55材料深層QPQ處理后的鹽霧試驗結(jié)果如表1所示,深層QPQ處理試樣鹽霧試驗的生銹時間是未處理的原材料的200多倍,是氮化試樣的5倍多,如果深層QPQ處理后再涂密封劑,生銹時間又提高近4倍,達到800倍以上。
(2)深層QPQ材料對石油管材料力學性能的影響
沖擊試驗:J55和N80兩種材料深層QPQ處理后沖擊試驗的結(jié)果如表4所示。J55材料經(jīng)深層QPQ處理后,沖擊值為35J,遠高于QPQ處理的19.5J,遠遠高于API標準的規(guī)定值15J。N80材料經(jīng)深層QPQ處理后,沖擊值為22J,遠高于QPQ處理的16.4J,遠遠高于API標準的規(guī)定值15J。J55和N80兩種材料經(jīng)深層QPQ處理后沖擊韌性分別比QPQ處理提高80%和30%。
拉伸試驗:對J55、N80和N80Q三種材料經(jīng)深層QPQ處理以后,進行了拉伸試驗。由于材料的力學性能指標對石油管來說,極其重要;而且QPQ處理的N80材料的延伸率達不到要求的指標,因此為了可靠起見,反復進行了三次拉伸試。所有三種材料經(jīng)深層QPQ處理以后,材料的屈服強度,抗拉強度和延伸率都達到了API標準的規(guī)定值。
上述反復進行的拉伸試驗說明,深層QPQ處理以后材料的力學性能可以達到API標準規(guī)定的指標,尤其是材料的延伸率比QPQ處理有所提高。
深層QPQ處理之所以能夠提高處理后材料的韌性,原因在于深層QPQ處理的滲層組織中有一層硬度較低,有一定朔性的中間層組織。QPQ處理的樣品拉伸試驗以后斷裂的情況,其中化合物層產(chǎn)生大量的脆性裂紋以后,裂紋向基體擴展,直接使基體產(chǎn)生斷裂。
深層QPQ處理的樣品拉伸試驗以后斷裂的情況,拉伸使化合物層產(chǎn)生裂紋以后,向內(nèi)擴展到了有一定朔性的過渡層,應力得到釋放,裂紋得以擴展,試樣被拉長)以后裂紋才向基體擴展,而此時基體尚未產(chǎn)生裂紋,因此延伸率得到提高。
綜合上述情況,與QPQ處理相比,深層QPQ處理在韌性和延伸率方面大有改善,為解決石油管材料QPQ處理后延伸率不合格和氮化管井下斷裂問題提供了一種解決方法。
2.深層QPQ技術在工程機械活塞桿以及緊固件上的應用
深層QPQ技術現(xiàn)在已經(jīng)在大型挖掘機、裝載機等工程機械液壓活塞桿以及緊固件方面進行試應用,結(jié)果證明采用深層QPQ技術來處理的液壓活塞桿以及緊固件,化合物層深度、抗腐蝕性能以及表面硬度都滿足技術要求。
45鋼活塞桿,經(jīng)深層QPQ處理后,化合物層深度35~40μm,表面硬度≥600 HV0.1。經(jīng)深層QPQ處理的45鋼活塞桿在中性鹽霧試驗機中進行鹽霧試驗,抗蝕性能達到408h還未生銹。
45緊固件,經(jīng)深層QPQ處理后,化合物層深度30~40μm,表面硬度≥600 HV0.1。經(jīng)深層QPQ處理的45鋼緊固件在中性鹽霧試驗機中進行鹽霧試驗,抗蝕性能達到600h還未生銹。
三、結(jié)語
(1)深層QPQ技術的抗蝕性幾乎完全依靠它的化合物層,因此化合物層的深度對抗蝕性有決定性作,加深化合物層深度是提高抗蝕性的有效途徑。為了得到更滿意的抗蝕性,深層QPQ 處理就應該獲得面積盡可能大的致密完整的Fe3O4氧化膜。
(2)深層QPQ處理使化合物層的深度由15~20μm增加到到30~40μm,其化合物層深度為普通QPQ技術的2倍,經(jīng)深層QPQ處理后再涂密封劑,抗鹽霧腐蝕能力提高到400h以上??墒故凸懿牧系目刮g性達到處理前的800倍以上,為氮化處理的20倍以上。
(3)深層QPQ處理石油管材料的力學性能完全達到美國石油協(xié)會API標準標準規(guī)定值,為解決石油管防腐難題提供了一種新的解決途徑。由于時間和設備條件的限制,本項目尚未進入石油管下井實際應用階段,目前正在尋求合作單位,準備進入實際生產(chǎn)應用階段。
(4)深層QPQ技術現(xiàn)在已經(jīng)在大型挖掘機、裝載機等工程機械液壓活塞桿以及緊固件方面進行試應用,結(jié)果證明采用深層QPQ技術來處理的活塞桿以及緊固件,化合物層深度≥30μm,表面硬度≥600 HV0.1,抗鹽霧腐蝕性能達到400h以上還未生銹,完全滿足了用戶的技術要求。
以上就是重慶QPQ技術生產(chǎn)廠家對“高抗蝕機理及應用”的講解分析了,希望對您有所幫助。如果您有關于QPQ技術相關疑問或需求可以隨時聯(lián)系我們,我們有專業(yè)的人員為您服務解答。