Исследование коррозионной стойкости образцов композиционных материалов для нефтяного оборудования

Аннотация


Для повышения коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности нефтегазопромыслового оборудования является актуальным применение инструментальных и конструкционных металломатричных материалов, армированных различными функциональными наполнителями. Выполнено исследование коррозионной стойкости ряда алюмоматричных дисперсно армированных композитов, содержащих до 10 мас. % карбида хрома и магния. Экспериментальные образцы композиционных материалов синтезировали методом порошковой металлургии, спекая уплотненные прессованием исходные материалы в алундовом тигле под угольной засыпкой при температуре 640 °С в течение 1 ч. Фазовый состав полученных композитов изучали на рентгеновском дифрактометре XRD 7000 (Shimadzu) c приставкой для рентгеноспектрального микроанализа. Фотографии микроструктуры и карты распределения химических элементов получали на электронном сканирующем микроскопе VEGA LMS. Для измерений твердости композитов использовали твердомер ИТВ-30-АМВ. Коррозионные испытания проводили при комнатной температуре в течение 504 ч. Коррозионной средой служил модельный раствор электролита без принудительной циркуляции, содержащий 30 г/л хлорида натрия и добавку уксусной кислоты до рН = 4,0. Установлено, что скорость коррозии (П, мм/год) образцов уменьшается практически в два раза пропорционально повышению содержания карбида хрома в матричном алюминии. Дополнительное легирование композитов магнием увеличивает скорость коррозии относительно чистого алюминия пропорционально повышению содержания магния. Во всех случаях наблюдается сплошное равномерное распределение коррозионного поражения металлической поверхности образцов и снижение их твердости после испытаний на коррозионную стойкость. Результаты исследований свидетельствуют о повышенной коррозионной стойкости композита Al-Сr3C2, что важно для его применений в составе оборудования, эксплуатируемого в коррозионно-активной среде.

Полный текст

8

Об авторах

М. Л Хазин

Уральский государственный горный университет

Р. А Апакашев

Уральский государственный горный университет

Список литературы

  1. Болотова, Ю.В. Коррозия теплообменного оборудования нефтехимических производств / Ю.В. Болотова, О.И. Ручкинова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2015. – Т. 17, № 4. – С. 102–119. doi: 10.15593/2224-9877/2015.4.08
  2. Поварова, Л.В. Анализ современных методов защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии / Л.В. Поварова, В.С. Мунтян, А.С. Скиба // Булатовские чтения. – 2020. – Т. 4. – С. 125–129.
  3. Corrosion Strategy in Oil Field System / I.A. Abdalsamed, I.A. Amar, F.A. Altohami, F.A. Salih, M.S. Mazek, M.A. Ali, A.A. Sharif // Journal of Chemical Reviews. – 2020. – Vol. 2, no. 1. – P. 28–39. doi: 10.33945/SAMI/JCR.2020.1.2
  4. Kulkarni, S.J. An Insight into Studies and Research on Corrosion in Petroleum Industries and Refineries / S.J. Kulkarni // International Journal of Petroleum and Petrochemical Engineering (IJPPE). – 2016. – Vol. 2, no. 2. – P. 1–3. doi: 10.20431/2454-7980.0202001
  5. Vakili, M. Addressing Hydrogen Sulfide Corrosion in Oil and Gas Industries: A Sustainable Perspective / M. Vakili, P. Koutník, J. Kohout // Sustainability. – 2024. – Vol. 16, no. 4. – P. 1661. doi: 10.3390/su16041661
  6. Key parameters affecting sweet and sour corrosion: Impact on corrosion risk assessment and inhibition / I.B. Obot, A.A. Sorour, C. Verma, T.A. Al-Khaldi, A.S. Rushaid // Eng. Fail. Anal. – 2023. – Vol. 145. – P. 107008. doi: 10.1016/j.engfailanal.2022.107008
  7. Economic Impact of Corrosion in Oil Sectors and Prevention: An Overview / J. Akpan, O.S.I. Fayomi, I.G. Akande, S. Odigie // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – No. 1378. – P. 022037. doi: 10.1088/1742-6596/1378/2/022037
  8. Solovyeva, V.A. Current Downhole Corrosion Control Solutions and Trends in the Oil and Gas Industry: A Review / V.A. Solovyeva, K.H. Almuhammadi, W.O. Badeghaish // Materials. – 2023. – Vol. 16, no. 5. – P. 1795. doi: 10.3390/ma16051795
  9. Mapping the knowledge domains of research on corrosion of petrochemical equipment: An informetrics analysis-based study / Z. Lang, D. Wang, H. Liu, X. Gou // Engineering Failure Analysis. – 2021. – Vol. 129. – P. 105716. doi: 10.1016/J.ENGFAILANAL.2021.105716
  10. Corrosive Environment Assessment and Corrosion-Induced Rockbolt Failure Analysis in a Costal Underground Mine / Q. Guo, J. Pan, M. Wang, M. Cai, X. Xi1 // International Journal of Corrosion. – 2021. – Vol. 2019. – P. 9. doi: 10.1155/2019/2105842
  11. Анализ трендов перспективных материалов для нефтегазовой отрасли. PROНЕФТЬ / В.В. Жуков, А.А. Карпов, И.А. Карпов, Е.М. Кокцинская, Р.Р. Хусаинов // Профессионально о нефти. – 2022. – Т. 7, № 3. – С. 136–147. doi: 10.51890/2587-7399-2022-7-3-136-147
  12. Al-Moubaraki, A.H. Corrosion challenges in petroleum refinery operations: Sources, mechanisms, mitigation, and future outlook / A.H. Al-Moubaraki, I.B. Obot // Journal of Saudi Chemical Society. – 2021. – Vol. 25, no. 12. – P. 101370. doi: 10.1016/J.JSCS.2021.101370
  13. Kadhim, M.G. A Critical Review on Corrosion and its Prevention in the Oilfield Equipment / M.G. Kadhim, M.T. Ali // Journal of Petroleum Research and Studies. – 2021. – Vol. 7, no. 2. – P. 162–189. doi: 10.52716/JPRS.V7I2.195
  14. Выбойщик, М.А. Научные основы разработки и методология создания сталей для производства нефтепромысловых труб повышенной прочности и коррозионной стойкости / М.А. Выбойщик, А.В. Иоффе // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2019. – № 1 (47). – С. 13–20. doi: 10.18323/2073-5073-2019-1-13-20
  15. Fayomi, O.S.I. Economic Impact of Corrosion in Oil Sectors and Prevention: An Overview / O.S.I. Fayomi, I.G. Akande, S. Odigie // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1378. – P. 022037. doi: 10.1088/1742-6596/1378/2/022037
  16. Downhole corrosion inhibitors for oil and gas production - a review / M. Askari, M. Aliofkhazraei, R. Jafari, P. Hamghalam, A. Hajizadeh // Applied Surface Science Advances. – 2021. – Vol. 6. – P. 100128. doi: 10.1016/j.apsadv.2021.100128
  17. Бикмухаметов М.В. Композиционные материалы как двигатель прогресса / М.В. Бикмухаметов, Д.С. Житников // Интернаука. – 2020. – № 45–2 (174). – С. 19–20.
  18. Recent progress in aluminum metal matrix composites: A review on processing, mechanical and wear properties / P. Samal, P.R. Vundavilli, A. Meher, M.M. Mahapatra // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 59. – P. 131–152. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.09.010
  19. Akinwamide, S.O. Microstructural evolution, mechanical and nanoindentation studies of stir cast binary and ternary aluminium based composites / S.O. Akinwamide, O.J. Akinribide, P.A. Olubambi // J. Alloys Compd. – 2021. – Vol. 850. – P. 156586. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156586
  20. Глобальный рынок композитов в нефтегазовой отрасли идентификатор отчета SI2411 [Электронный ресурс]. – 2023. – 200 с. – URL: https: //www.sphericalinsights.com/reports/composites-in-oil-gas-industry-market/ (07.09.2024).
  21. Abdulrahman, J. Biopolymer Composite Materials in Oil and Gas Sector / J. Abdulrahman, W.S. Ebhota, P.Y. Tabakov // International Journal of Polymer Science. – 2024. - Vol. 2024, art. ID 8584879. – P. 18. doi: 10.1155/2024/8584879
  22. Использование композитных материалов в нефтегазовой отрасли / А.В. Исанова, А.А. Долгих, С.А. Петров, Р.А. Задвицкий // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. – 2020. – № 2 (19). – С. 39–44.
  23. Ненахов, А.И. Возможности применения композитных материалов в области энергетики для нефтепроводов и продуктопроводов / А.И. Ненахов, Е.В. Сергеенкова // Энергетическая политика. – 2022. – № 10 (176). – С. 54–65. doi: 10.46920/2409-5516.2022_10176.54
  24. Corrosion Resistance of Al-CNT Metal Matrix Composites / V.V. Popov, A. Pismenny, N. Larianovsky, A. Lapteva, D. Safranchik // Materials. – 2021. – Vol. 14. – P. 3530–3542. doi: 10.3390/ma14133530
  25. Microstructure and Corrosion Performance of Aluminium Matrix Composites Reinforced with Refractory High-Entropy Alloy Particulates / E. Ananiadis, K.T. Argyris, T.E. Matikas, A.K. Sfikas, A.E. Karantzalis // Appl. Sci. – 2021. – Vol. 11. – P. 1300. doi: 10.3390/app11031300
  26. Fabrication and Corrosion Behaviour of Aluminium Metal Matrix Composites – A Review / R.A. Kumar, S.J. Akash, S. Arunkumar, V. Balaji, M. Balamurugan, A.J. Kumar // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 923. – P. 012056. doi: 10.1088/1757- 899X/923/1/012056
  27. Карпухин, С.Д. Комплекс свойств композиционных материалов, применяемых в нефтегазовой промышленности / С.Д. Карпухин, О.И. Манаев, С.А. Пахомова // Булатовские чтения. – 2020. – Т. 6. – С. 124–129.
  28. Nanjan, S. Analysing the Mechanical Properties and Corrosion Phenomenon of Reinforced Metal Matrix Composite / S. Nanjan, J.G. Murali // Mat. Res. – 2020. – Vol. 23, no. 2. – P. e20190681. doi: 10.1590/1980-5373-MR-2019-0681
  29. Kar, A. A Critical Review on Recent Advancements in Aluminium-Based Metal Matrix Composites / A. Kar, A. Sharma, S. Kumar // Crystals. – 2024. – No. 14. – P. 412. doi: 10.3390/cryst14050412
  30. Tensile Properties of Aluminum Matrix Composites Produced via a Nitrogen-Induced Self-Forming Process / K.-B. Lee, K.C. Nayak, C.-H. Shim, H.-I. Lee, S.-H. Kim, H.-J. Choi, J.-P. Ahn // J. Compos. Sci. – 2023. – No. 7. – P. 457. doi: 10.3390/jcs7110457
  31. Хазин, М.Л. Новые материалы для деталей горных машин / М.Л. Хазин, Р.А. Апакашев // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 12–1. – С. 149–163. doi: 10.25018/0236_1493_2023_121_0_149
  32. Апакашев, Р.А. Влияние параметров структуры материала на коррозионную стойкость нефтегазопромыслового оборудования / Р.А. Апакашев, М.Л. Хазин // Недропользование. – 2023. – Т. 23, № 3. – С.133–140. doi: 10.15593/2712-8008/2023.3.4
  33. Akinwamide, S.O. Microstructural evolution, mechanical and nanoindentation studies of stir cast binary and ternary aluminium based composites / S.O. Akinwamide, O.J. Akinribide, P.A. Olubambi // J. Alloys Compd. – 2021. – Vol. 850. – P. 156586. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156586
  34. Berlanga-Labari, C. Corrosion of Cast Aluminum Alloys: A Review / C. Berlanga-Labari, M.V. Biezma-Moraleda, P.J. Rivero // Metals. – 2020. – Vol. 10, no. 10. – P. 1384. doi: 10.3390/met10101384C
  35. Excellent corrosion resistance and hardness in Al alloys by extended solid solubility and nanocrystalline structure / J. Esquivel, H.A. Murdoch, K.A. Darling, R.K. Gupta // Materials Research Letters. – 2018. – Vol. 6, no. 1 – P. 79–83. doi: 10.1080/21663831.2017.1396262
  36. Corrosion behavior of aluminum alloy in sulfur-associated petrochemical equipment H2S environment / X. Cao, Y. Lu, Z. Wang, H. Wei, L. Fan, R. Yang, W. Guo // Chemical Engineering Communications. – 2023. – Vol. 210, no. 2. – P. 233–246. doi: 10.1080/00986445.2022.2030729
  37. Синявский, В.С. Коррозия и защита алюминиевых сплавов / В.С. Синявский, В.Д. Вальков, В.Д. Калинин. – М.: Металлургия, 1979. – 224 с.
  38. Controlled optimization of Mg and Zn in Al alloys for improved corrosion resistance via uniform corrosion / J. Lim, G. Jeong, K. Seo [et al.] // Mater. Adv. – 2022. – Vol. 3. – P. 4813–4823. doi: 10.1039/D1MA01220G
  39. Corrosion behavior and mechanism of Al–Zn–Mg–Cu alloy based on the characterization of the secondary phases / L. Jiang, Z. Zhang, H. Fu, S. Huang, D. Zhuang, J. Xie // Materials Characterization. – 2022. – Vol. 189. – P. 111974. doi: 10.1016/j.matchar.2022.111974
  40. Microstructure and Corrosion Performance of Aluminium Matrix Composites Reinforced with Refractory High-Entropy Alloy Particulates / E. Ananiadis, K.T. Argyris, T.E. Matikas, A.K. Sfikas, A.E. Karantzalis // Appl. Sci. – 2021. – Vol. 11. – P. 1300–1312. doi: 10.3390/app11031300
  41. Corrosion Properties in Sodium Chloride Solutions of Al–TiC Composites in situ Synthesized by HFIHF / E-S.M. Sherif, H.S. Abdo, K.A. Khalil, A.M. Nabawy // Metals. – 2015. – Vol. 5. – P. 1799–1811. doi: 10.3390/met5041799
  42. Corrosion Behavior of Al Modified with Zn in Chloride Solution / J.P. Calderón, J.L.R. Barragán, J.I.B. Fierro [et al.] // Materials (Basel). – 2022. – Vol. 15, no. 12. – P. 4229–4248. doi: 10.3390/ma15124229
  43. Kaewmaneekul, T. Effect of aluminium on the passivation of zinc–aluminium alloys in artificial seawater at 80 °C / T. Kaewmaneekul, G. Lothongkum // Corros. Sci. – 2013. – Vol. 66. – P. 67–77. doi: 10.1016/j.corsci.2012.09.004
  44. El-Hadad, S. Effects of Alloying with Sn and Mg on the Microstructure and Electrochemical Behavior of Cast Aluminum Sacrificial Anodes / S. El-Hadad, M.E. Moussa, M. Waly // Inter Metalcast. – 2021. – Vol. 15. – P. 548–565. doi: 10.1007/s40962-020-00483-6
  45. Corrosion characterization of Cu-based alloy in different environment / R. Soenoko, P.H. Setyarini, S. Hidayatullah, M.S. Ma’arif, F. Gapsari // Metalurgija. – 2020. – Vol. 59, no. 3. – P. 373–376.
  46. Surface Characterization and Corrosion Behavior of 90/10 Copper-Nickel Alloy in Marine Environment / T. Jin, W. Zhang, N. Li, X. Liu, L. Han, W. Dai // Materials. – 2019. – Vol. 12. – P. 1869–1884. doi: 10.3390/ma12111869
  47. Excellent corrosion resistance and hardness in Al alloys by extended solid solubility and nanocrystalline structure / J. Esquivel, H.A. Murdoch, K.A. Darling, R.K. Gupta // Materials Research Letters. – 2018. – Vol. 6, no. 1. – P. 79–83. doi: 10.1080/21663831.2017.1396262

Статистика

Просмотры

Аннотация - 14

PDF (Russian) - 7

PDF (English) - 6

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Хазин М.Л., Апакашев Р.А., 2025

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах