用于保護無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極及不銹鋼鉆鋌的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于防腐蝕技術領域，更具體的涉及一種用于保護無磁不銹鋼的鐵基犧牲 陽極及不銹鋼鉆鋌。
【背景技術】
[0002] 石油鉆探行業在國民經濟中占有重要地位，而鉆探技術的核心在于井下的鉆井設 備和錄井設備。隨著隨鉆設備的廣泛使用，井下鉆探的效率得到極大提高。但同時面對井 下復雜的腐蝕環境，隨鉆設備的腐蝕也成為了亟需解決的問題。隨鉆設備在井下的主體是 無磁鉆鋌，目前國內常用的無磁鉆鋌主要采用高Cr、Ni或高Cr、Mn的不銹鋼材質，具有良好 的耐腐蝕性能。但隨著使用時間的延長，和受井下復雜環境的影響，鉆鋌的耐腐蝕性能逐漸 下降，將威脅到鉆鋌內部的隨鉆測量設備的安全。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] 對金屬進行陰極保護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 被保護金屬與外加電源的負極相連，被保護金屬得電子則不會被腐蝕。外加電源提供的電 流較穩定，但實施和維護較繁瑣，并且容易對井下采集的數據產生干擾。犧牲陽極法是將被 保護金屬和電位更負的金屬連接，電位更負的金屬發生腐蝕，產生腐蝕電流，該方法設備簡 單、成本低，適用于電阻率較小的井下環境。
[0004] 過去常采用現有牌號的鋁基或鋅基犧牲陽極對鉆鋌進行保護，但保護效果都不太 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安裝，犧牲陽極不宜過大，更換次數不宜過 頻。因此需要采用低驅動電位的犧牲陽極對不銹鋼進行陰極保護。
[0005] 在不銹鋼、銅合金和鈦合金等耐腐蝕金屬的保護上，國內主要采用鐵陽極。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到最佳。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種用于保護無磁不銹鋼的鐵基犧牲陽極及不銹鋼鉆鋌，以 解決目前的技術問題。
[0007]本發明提供一種用于保護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] 作為一實施例，所述鐵基犧牲陽極調質態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] 本發明還提供一種具有鐵基犧牲陽極保護功能的不銹鋼鉆鋌，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] 作為一實施例，所述鐵基犧牲陽極調質態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] 本發明的有益效果是，本發明將鐵基犧牲陽極裝配在要保護的無磁不銹鋼上，使 兩者充分接觸，提高電流效率；同時也能減少犧牲陽極因為脫落而導致壽命短、效率低的現 象。本發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，腐蝕產物易脫 落，是一種優秀的保護無磁不銹鋼的犧牲陽極。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0015] 本發明提供一種用于保護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] 作為一實施例，所述鐵基犧牲陽極調質態熱處理步驟依次包括：830°C下油淬，之 后保溫200°C，回火2H。
[0018] 本發明還提供一種具有鐵基犧牲陽極保護功能的不銹鋼鉆鋌，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] 作為一實施例，所述鐵基犧牲陽極調質態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定、電流效 率高，適用于保護無磁不銹鋼，特別是一種適用于保護不銹鋼鉆鋌及其他不銹鋼鉆探設備 的高效率的鐵基犧牲陽極。采用焊接技術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為脫落而導致壽命短、效率低的現象。
[0022] 為了實現上述目的，本發明選取四種鐵基犧牲陽極材料應用于保護310S無磁不 銹鋼為例，參照國標GB/T 17848-1999,通過恒電流實驗，自腐蝕實驗，電化學測試等方法， 優選出一種電位差適宜、工作電位穩定、電流效率高、陽極溶解均勻的犧牲陽極。
[0023] 將犧牲陽極應用于保護其他常用的高Cr、Ni和高Cr、Mn材質的無磁不銹鋼，從實 際的保護效果仍然可以得出，本發明優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，腐蝕產物易脫落，是一種優秀的保護無磁不銹鋼的犧牲陽極。
[0024] 下面具體進行闡述：
[0025] 綜合考慮樣品加工性能和井下環境對樣品耐腐蝕性的要求，本發明選取不同成分 的四種鐵基犧牲陽極材料進行測試研宄，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% )
【主權項】
1. 一種用于保護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質態熱處理 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質態熱處理步 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】本發明揭示了一種用于保護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。本發明將鐵基犧牲陽極裝配在要保護的無磁不銹鋼上，使兩者充分接觸，提高電流效率；同時也能減少犧牲陽極因為脫落而導致壽命短、效率低的現象。本發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，腐蝕產物易脫落，是一種優秀的保護無磁不銹鋼的犧牲陽極。
【IPC分類】C22C38-28, C23F13-14
【公開號】CN104694936
【申請號】CN201410776221
【發明人】丁冬雁, 田璇
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月15日