[发明专利]一种石油专用油、套管低温粉末包埋渗铝渗剂

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理剂，特别涉及一种石油专用油、套管低温快速渗铝剂。

背景技术

油气管道遭受腐蚀后，会给油气田造成巨大的经济损失，甚至导致灾难性事故和环境污染以及恶劣的社会影响，目前我国石油工业中，高含H2S、CO2及高温高压耦合工况下的腐蚀问题日趋严重。为解决此问题，国内外通常采用表面涂镀、内衬不锈钢、玻璃钢管及投入缓释剂等方法。表面涂镀工艺简单，但与基体结合力差，易脱落；内衬不锈钢工艺复杂、稳定性差、成本高；玻璃钢管防腐性能优异，但其生产技术、配套设备要求高，生产成本大幅度提高；而投入缓蚀剂，有效保护周期短，累计成本高，地层适应性较差。因此，探索具有高性价比的防腐技术意义显著。

钢铁基体中含有8％的Al原子时，表面即可形成致密、耐蚀、抗高温氧化的Al₂O₃薄膜，但是基体脆性增加，而只在表面渗铝既可以保证心部韧性，又可以改善表面性能。渗铝技术是在一定条件下，使得渗剂与工件界面活化反应得以进行，产生活性Al原子，并通过工件点阵内空位及晶界、位错等快速扩散通道与铁原子发生置换，形成铝在钢中的固溶体及金属间化合物，从而改善了表面层组织与性能。由于所获得的高性能表面层是以工件原有表面层为载体改性产生的，因此与基体结合强度远远高于一般的涂、镀、刷等等技术。

中、高温(700-1100℃)渗铝技术已在小型零部件、原油炼化部件、航空涡轮叶片等部件防腐方面获得了极大的成功，抗H₂S、CO₂、及大气、海水等腐蚀性能甚至超出了1Cr18Ni9Ti不锈钢，可与316不锈钢媲美，而且生产工艺稳定、综合性价比显著提高。专利文献“一种粉末包埋渗铝剂及包埋渗铝方法”(CN1207431C)公开了常规渗铝渗剂组成为：铝粉、铁粉、氯化氨、氧化铝，这些组成是渗铝中最基本的构成，其中仅氯化氨属于活化剂、利用此配方只能在高温(＞700℃)条件下，利用热激活效应实现渗铝，而依靠这些基本构成甚至机械地调整成分含量，在低温下界面活性Al原子无法获得足够的激活能，渗入过程根本不会实现。

专利文献“稀士-催渗渗铝”(CN1051765A)中提到了稀土元素，为镱、铪、钽等，其作用仅限于热浸渗铝(液体渗铝方法)的预处理工艺，对实际渗铝关键工艺，即活性AL原子的激活渗入过程，没有直接意义。

专利文献“具有保护料浆涂覆和中频感应加热的渗铝方法和设备”(CN1007735B)中所述“料浆涂覆+感应加热”渗铝技术介于液体渗铝与粉末渗铝之间，专利保护内容为预处理(即涂覆工艺)与感应加热工艺，利用普通料浆渗剂实现，实质渗铝温度在900℃以上。

专利文献“铝涂镀工艺”(Aluminum coatingprocess)(GB791502)属于含铝耐蚀涂层的涂覆工艺，其中所涉及渗铝处理温度高达1500℃。

专利文献“采用电接触加热法在钢管内表面获得渗铝层的方法”(CN1587433A)只是管件快速渗铝的一种原理，渗铝温度为850-1300℃之间。其渗剂中金属源为铝及铝合金粉末，作用只是提供铝原子来源。

通常的渗铝技术所需要的温度偏高是限制石油专用油管应用的最大瓶颈问题。一般渗铝工件都是在700-1100℃中、高温进行，其处理对象主要为普通碳钢，如20钢，或者一些低合金钢部件，这些部件的心部组织与性能在渗铝前后变化不大，或者变化较大但不影响使用性能。然而油、套管属于石油专用管，合金化程度较高，其基体微观组织、机械性能指标受相关标准严格限制，高于其退火温度(560℃左右)的渗铝，将显著改变其组织与性能，使得工件性能劣化，无法满足油气田现场对油、套管的机械性能要求，从而带来一系列严重问题，因此，如何在保证基体组织没有明显变化的条件下，即低温条件下实现油管表面渗铝是必须解决的主要技术问题。另外，油、套管的几何曲率对活性Al原子的渗入过程也有一定的影响。

发明内容