20CrNiMo冲蚀磨损性能研究

泵气蚀破坏条件 ，固液两相流在水泵流道 中运 动规律
的研究 等方 面 。本 文作者选用石 油和化工工业 常
用的材料 ２ ＣＮＭ ０ ｒｉ ｏ为研究 对象 ，选用油 田酸化压 裂
所用 的压裂砂 为冲蚀粒子进行 冲蚀磨损试验研究 ，并
从材料力学 的角度 ，深入 分析冲蚀 的微 观形貌 ，分析
２１ ０ ２年 ９月
润 滑 与 密 封
ＬＵＢＲＩ ＡＴＩ Ｃ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｓｐ ２ ２ ｅ ． ０１ Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ９ １３ ．
第３ ７卷 第 ９期
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ ０ ５ ：１ ， ９ ９ ｊｉ ． ２ ４—０ ５ ． ０ ２ ０ ． ０ ｓ １０ ２ １．９ ０９
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。
表 １ ２ Ｃ ＮＭｏ材料 的机械 性能 ０ｒｉ
Ｔａ ｌ Ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅｔｅ ｆ２ ｒ Ｍｏ ｂｅ１ ｃ ａ ｉ ａ ｒ ｐ ｒ ｓｏ ０Ｃ Ｎｉ ｉ
抗 拉强 度 屈服 强度 伸长 率 断面 收缩率 冲击 功 布氏硬 度
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作 者简 介 ：李 治堑 （ ９ ２ ） １８ 一 ，男 ，硕 士研究 生 ，主要从 事安 全 检 测与 监测研 究．Ｅ ｍ ｉ ｈ ｕ ６ ４ １３ ＣＢ． ａ ：ｚｉ ｎ２ ＠ ６ ．Ｏ ｌ ｋ
３ ８
润滑 与密封
１ ７ ２・ １ ２ ０・
第３ ７卷
７６ ．
Ｕ
５１ ． ２５ ． ００ ． ０５ ． ０ ２５ ．０ ４５ ．０ ．０ ． ０ １ ５ ． Ｏ ３ ５ ． ０ ５ ５ ６ ５
ｔｅｓｒ ｃ ｆｔｅｓｍｐｅｗ ｓｏ ｓｒｅ ｙｕ ｉｇｔｅｓａｎｎ ｌｃｒｎ ｍｉｒｓｏ ｅ Ｓ Ｍ） Ｔ ｅｆｒ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｏ ｒ－ ｈ ｕｆ ｅｏ ａ ｌ ａ ｂｅｖｄ ｂ ｓｎ ｈ ｃ ｎ ｉｇｅｅｔ ｃｏｃｐ （ Ｅ ． ｈ ｍｉｇｍｅｈ ｎｓ ｆ ｏ ａ ｈ ｏ ｏ ｅ
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中图 分类 号 ：Ｔ １７ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：０５ ０ ５ （０ ２ Ｈ １． ２４— １０ ２ １ ）９— ３ ４ ０ ７—
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｒｏ ｍａ ｃ ｆＥｒ ｓｖ ｅ ｒ ０ ０ Ｎｉ ｏ ｔ ｄ ｎ Ｐｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｏ ｉ ｅ Ｗ ａ ｆ２ Ｃｒ Ｍ
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的部件 就是管汇 ，不但 因频繁更换管汇给油 田带来了 经济损失 ，而且还极 大地影 响了安全生产 。但 目前 国 内外的研究主要集中在含砂水对水泵性能 的影 响 ，水
￥基金 项 目：国家科 技重 大专项 （０ １Ｘ ５４ ） ２１Ｚ ００８ ．
收 稿 日期 ：２ ２—０ ０１ ４—１ ６
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｒｓｏ ａ ；ｍｐ ｃ ｅｏ ｉ ２ ｙ ｒ ｓ ｅｏ ｉｎ ｗｅ ｒ ｉ ａ ｔｖ ｌｃｔ ０Ｃｒ Ｍｏ ｙ； Ｎｉ
冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒 子冲击 时表 面出现破坏 的一类磨损现象 。石油天然气等战略 能源在 国民经济中的地位越来越重要 。而在油气 的生 产过程 中，装置和设 备受 到冲蚀作用 的影 响而发生失 效 的事故对油气 的安全生产有着重要的影响。如在油 田公 司广泛应用 的压裂技术 中，最容易受损发生故障
Ｌ Ｚ ｉｕ Ｆ ｎ Ｊａ ｃ ｕ Ｚ ａ ｇＪｘｎ Ｚ ａ ｉｎｕ ｉ ｈｋ ｎ ａ ｉｎ ｈ ｎ ｈ ｎ ｉｉ ｈ ｎＸ ａ ｉｅ
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１ ２ 试验 设 备 与仪 器 ．
本次试验所用设备为实验室 自主研发 的装置 ，如 图 ４所示 ，装置主要 由试验平 台、冲蚀发生系统 、动 力 系统 、搅拌系统 、流量 调节 系统 、压力 传感 系统 、 温度 传感 系统和控制系统组成。搅拌系统的功能是使 混砂 水搅拌 均匀 ，为冲蚀试验提供冲蚀介质 ；动力 系 统通过一台冲蚀 泵将冲蚀介质 的压力提高到给定的数 值 ，使冲蚀粒子具有足够的冲击 速度 ；冲蚀发生系统 能使高速 的冲蚀混合液 以一定的角度冲击到固定 的冲 蚀试样表面 ，是 冲蚀过程发生的场所 ；流量调节 系统 可以调节 冲蚀混合液 的流量 ；压力传感系统和温度传 感系统 用来监 测压力 和温度 的数值 ；控制系统用来控 制 电源和仪器 的操作 。
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２ ＣＮＭｏ 蚀磨 损性 能研 究 ０ ｒｉ 冲
李治垄 樊建春 张继信 詹先觉
（ 国石 油 大 学 （ 京 ） 北 京 １２ ４ ） 中 北 ０ ２ ９
摘要 ：用 自制 的 冲蚀磨 损 试 验装 置 对 ２ ＣＮＭｏ 冲蚀磨 损 性 能 进行 研究 ，揭 示 冲蚀 时 间 和 冲蚀 速 度 对 冲蚀 磨 损 量 ０ ｒｉ 的 的影 响 。借 助 于 电子 显微 镜 （ Ｅ ，考察 单个 粒 子 对试 样 表 面 的作用 机 制 ，从 材 料 力 学 和 摩 擦 学 的角 度 ，结 合 ３种 经 Ｓ Ｍ） 典 的 冲蚀磨 损 理论 ，通过 观 察 分析 冲 蚀表 面 的微 观 形貌 ，探讨 试 样 表 面磨 损破 坏 的 形成 机 制 。结 果表 明 ，随着 冲蚀 时 间 和 冲蚀 速度 的 增 加 ，冲蚀 磨 损 量稳 定 增加 。冲蚀 粒 子对 冲蚀试 样 表 面 的作 用 ，取 决 于撞 击粒 子 的 能量 的大小 。 由于不 同 粒子 的能量 大 小 不 同 ，它 所 作用 的试 样 的表 面应 力 处 于不 同 的水 平 ，当应 力 处 于 弹性 状 态 时 ，主 要 是摩 擦 机 制 起 作 用 ； 当应 力 在 屈服 极 限和 强 度极 限 之 间时 ，微 切 削 机制 起作 用 ；当应 力 超过 强 度极 限时 ，则 发 生剥 落 现象 。 关 键 词 ：冲 蚀磨 损 ；冲蚀 速度 ；２ ＣＮＭｏ ０ ｒｉ
＞９ ０ ８
￣
≥７８ ５
＞ ｉ９
≥４ ０
＞ ７ ｔ４
≤ １７ ９
图 ２ 试验 用压 裂砂 的 Ｓ Ｍ照 片 （ ０ Ｅ ５ ×）
Ｆｇ２ Ｓ ｃｏｒｐ ｆｅｏｉｎｓｎ （０×） ｉ ＥＭ ｍｉ ｇａ ｈｏ ｒｓ ａｄ ５ ｒ ｏ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
表 ２ ０ｒｉ ２ Ｃ ＮＭｏ材料 的化 学成 分
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图 １ 冲蚀 试件
Ｆｇ １ Ｔｈ ａ ｌ ｆｅ ｏｉｎ ｅ ｐｅｉ ｎ ｉ ｅ ｓｍｐ ｅｏ ｒｓｏ ｘ ｒｍｅ ｔ
Ｅｎ ｇ ｋ Ｙ ｅｒ ｙＥ｜ ｅ
图 ３ 压裂 砂冲蚀 前 的质谱分 析 图
试验用 酸化压裂 砂 Ｓ Ｍ 照片 及成分 光谱 分析 如 Ｅ
图 ２、３所 示 。
Ｆ ｇ ３ Ｅｎ ｒ ｙ ｓ ｅ ｔ ｍ ｆｅ ｏ ｉ ｎ ｓ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｅ ｇ ｐ ｃｒ ｕ ｏ ｒ ｓｏ ａ ｄ ｂ ｆ ｒ ｒ ｓｏ ｅ ｔ
２ Ｃ ＮＭ ０ ｒ ｉ ｏ试 样 的 力 学 性 质 和 化 学 成 分 见 表
１， ２［
探讨 了其 冲蚀磨损机制 。
１ 试 验 部 分
１ １ 试验 材料 ．
冲蚀磨 损试 样 的材 料选 用 ２ ＣＮＭ ，所 有试 样 ０ ｒｉｏ 均加工成如成图 １ 所示形状 和尺寸 。为 了保证试验 的
精确度 ，试验前要 对冲蚀 磨损试样 表面进行必要 的清
洁 ，去除试样表面 的油污和杂质 。冲蚀 过程 中所用溶 液采用 清洁的 自来水 ，所用 的冲蚀砂选用我 国油 田常 见的酸化压 裂砂 ，冲蚀砂 直径为 ０ ４～ ． ｍ。 ． ０６ｍ