试用一个典型案例说明材料失效分析与基础学科与应用学科之间关系.doc

中原油田全油田有100多口井套管腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48mm/年。 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。 1.套管腐蚀形貌：套管内壁分布腐蚀坑，腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形，其横断面为上宽下窄的梯形深谷状，管壁穿孔处周边锐利，界面清晰。从总体上看，套管内壁都附着黑色粘性油污，无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔，并有一定的流体冲刷作用。 2.腐蚀产物XRD分析 取套管内壁物质，洗去油污，再用丙酮清洗吹干，进行X射线衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有FeCO3和CaCO3，夹杂有NaCl和硫酸亚铁。腐蚀产物的主要成分为碳酸物，显示出套管、油管腐蚀与CO2腐蚀有关。 3.油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和 元素面分析。 分析发现，大量细小球形暗灰色颗粒为Al2O3,短条状为ZnS，材质中夹杂物以二者为主。同时经电子探针元素定量分析表明，随着向腐蚀坑底的深入，表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在增大。说明生成的腐蚀产物有氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等，并随腐蚀深入呈增加趋势。 4.腐蚀试验 （一）用油田水样对套管钢和油管钢进行了动态和静态腐蚀试验，温度50oC密闭除氧试验时间7天。结果表明：动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度。 （二）在此基础上又进行了不同流速对腐蚀影响的试验，说明介质流动能较大的增加体系的腐蚀。 （三）不同CO2分压下，Q235钢在3℅NaCl熔液中的腐蚀速度。表明CO2压力越大，腐蚀越严重。 结论： （1）．复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出水中CO2腐蚀作用的结果。 （2）．套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、流体冲刷有密切关系。 （3）．综合对腐蚀形态特征的观察判断，腐蚀产物的分析，材质金相非金属夹杂分析，可以找到套管腐蚀失效的主要原因。 由上面该案例的分析可以看出，材料失效分析与基础学科及应用学科之间有密不可分的关系。在进行分析的过程中会用到物理、化学、数学等基础学科。用到化学中的电镜对腐蚀形貌进行分析；会用到数学中的数学分析，对腐蚀速度等进行分析；会涉及到物理学中的结构方面的知识；还会用到地理学进行环境分析等等。 在进行失效分析过程中还会用到应用学科，如计算机类，会用到计算机进行一系列的数值分析，图像分析；还会用到应用化学中的环境检测，质量检测等技术。总之，在进行腐蚀材料失效分析时，会综合运用到基础学科的知识和应用学科的技术。 2、试用两个实际的失案例说明材料实效分析的重要性。（既有文字说明，又有图片说明，不少于800字） 案例一：一起来自水管腐蚀失效的案例：广东某钢管公司铺设的自来水管使用六年后发生穿孔泄露。 1.本起穿孔失效发生的地点和环境无规律性，对穿孔管道进行仔细观察，典型的宏观外貌是穿孔部位有一直径为10mm的锈瘤，呈黄褐色，用硬器易刮除， 刮除后露出的水管外壁基本平整，可见水从管内渗出。 在锈瘤的外围是一圈黄色锈迹，锈迹外是镀锌层，其上可见分散的白色粉末。 现场观察到的形貌还有一个特点，就是同一根管若出现几处结瘤，这些结瘤点的连线与水管轴向平行。 2.水样检测及钢管材质检测 取该镇两个不同地点的水样，进行PH检测以及腐蚀性检测，并与实验室水进行比较。 项目 取水点1 取水点2 实验室用水 PH 6.15 6.23 6.41 Rp 904 1563 490.1 由PH值测定结果可以看出，三处的酸碱度无大变化，。用原子吸收光谱对钢管成分进行分析看出，材质C、S、P含量均很低，属性能优良的制管材料。 从上述检测可以看出，水质和钢材材质不是本起腐蚀穿孔的原因。 3.钢管镀锌层厚度测量及蚀孔观察 对钢管截面进行SEM观察，通过计算估计外层镀锌层的厚度为25um；对两根失效钢管分别编号为A、B，其中A管上有两个蚀孔，B管上有4到5个已穿透的蚀孔。通过对蚀孔的观察判断本起失效为局部腐蚀即点蚀。材料成分、水质、镀锌层厚度不是引起失效的原因。由于蚀孔在管上的分布具有一定规律性，即主要分布在焊缝上，且观察到内壁焊缝处处在一定数量的凹坑，这明显是填料不足引起的，主要还是焊接质量不合格。 通过对该材料失效分析可以找到解决问题的好办法：可以采用自来水管内壁涂料技术，而外壁仍保留原镀锌管的特性。相关研究表明，涂塑钢管的使用寿命较热镀锌钢管能提高5倍以上，但成本却与热镀锌相仿，从而以较低的成本，解决自来水管易于从内壁腐蚀的难题。 由上面的腐蚀案例分析可以看出，材料失效分析技术及其重要，可以预防事故的发生，水乃生命之源，上面的失效分析可以大大的解决城镇居民的饮水问题，还可以省下大量的成本。 案例二：家用电器热水器管的失效 该热水器用进口的TP2Y管，使用中开裂造成住户水漫金山，损失惨重。分析表明，该材料