前 言

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦可以與其他金屬元素形成合金，提高和改善其力學(xué)性能與物理特性，以適應(yīng)不同的需要 [1] 。鈦及其合金具有高強(qiáng)度 [2-3] 、低彈性模量 [4] 、優(yōu)良的耐腐蝕性 [5-7] 、良好的生物相容性 [8-9]等特性，在航空航天緊固件、石油工業(yè)、工程部件、醫(yī)療起搏器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活質(zhì)量水平的提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)油氣資源的需求日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的油氣勘探技術(shù)已無(wú)法滿足石油工業(yè)向深層油氣勘探開發(fā)的需求，隨著勘探地層的加深，所遇到的開采環(huán)境也更趨復(fù)雜，地層壓力達(dá)到約150 MPa，溫度達(dá)到約300 ℃，井深達(dá)到10 km左右，H₂S和CO₂含量也在增加 [10-11] ，這就使得對(duì)油井管的性能和質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)苛。

我國(guó)傳統(tǒng)的油井管大多采用碳鋼，比如G105、L80、N80、P110等。然而，我國(guó)油氣開發(fā)環(huán)境較為惡劣，油井管在井下服役不但要面臨高溫、高壓的挑戰(zhàn)，還要經(jīng)受H₂S、CO₂ 、高濃度鹽水/完井液、單質(zhì)硫和強(qiáng)酸等腐蝕環(huán)境的共同作用 [12] ，傳統(tǒng)碳鋼油井管已無(wú)法滿足惡劣的服役環(huán)境。國(guó)外應(yīng)用于油井管的鈦合金材料主要有UNS R56404（Ti-6Al-4V-0.08Ru）、UNS R55400（Ti -5.5 Al-4.3 Zr-5.7 V-1.3 Mo-0.10 O-0.06 Pd）、UNS R58640 （Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo）、UNSR56260 （Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo） 等，隨著技術(shù)的進(jìn)步，抗腐蝕性能好、比強(qiáng)度高的TC4 （Ti-6Al-4V）鈦合金也逐步應(yīng)用到我國(guó)油井管中。

1、鈦合金組織及力學(xué)性能研究進(jìn)展

1.1　組織

鈦合金室溫平衡組織具有三種典型的結(jié)構(gòu)，即六方密排結(jié)構(gòu)α、體心立方結(jié)構(gòu)β和α+β雙結(jié)構(gòu) [13] 。按照亞穩(wěn)定狀態(tài)組織可分為α型、近α型、α+β型、近β型、亞穩(wěn)定β型和β型等多個(gè)系列的鈦合金，牌號(hào)近百種 [14-15] 。在溫度低于882 ℃時(shí)，形成典型的密排六方結(jié)構(gòu)α相，當(dāng)溫度超過882 ℃時(shí)，α相則轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)β相 [16] 。

其中α型鈦合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，所以一般強(qiáng)度不超過689 MPa，通常其主要用于低壓流體輸送管路，如換熱管束、冷卻管路等 [17] 。α+β型合金由于可以熱處理強(qiáng)化而具有較好的強(qiáng)度和韌性匹配，可以用作制備較高強(qiáng)度要求的鉆桿、油套管等 [18] 。但是如果在對(duì)強(qiáng)度有更高要求的工況下，可以選擇β型或者近β型鈦合金，這種合金通過控制β相和二次α相的形貌和尺寸，能夠獲得強(qiáng)度高達(dá)1 140~1 242 MPa的鈦合金管材 [19] ，同時(shí)β型或者近β型鈦合金還具有更好的抗氫性能，該特點(diǎn)是α型和α+β型鈦合金所不具備的。

1.2　力學(xué)性能

鈦合金相較于碳鋼而言，具有較高的強(qiáng)度和較低的延伸率，其力學(xué)性能更優(yōu)。Mou等 [20] 對(duì)鈦合金油管和 G105鋼進(jìn)行疲勞性能對(duì)比試驗(yàn)，在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命數(shù)據(jù)見表 1。由表1可知，鈦合金試樣的疲勞壽命約為G105鋼的2倍，且隨應(yīng)力水平的增加，二者的差異略有增大。但將材料的試驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)展到鈦合金鉆桿的宏觀性能時(shí)，在相同的彎曲度和軸向載荷下，鈦合金鉆桿的疲勞壽命是G105鋼鉆桿的10~12倍。

在相同彎曲應(yīng)變下，鈦合金管的應(yīng)力水平是G105鋼管的一半，但鈦合金在腐蝕和疲勞環(huán)境下的性能優(yōu)于G105鋼。

不少學(xué)者認(rèn)為對(duì)鈦合金進(jìn)行一系列的改進(jìn)處理可以增強(qiáng)它的某些性能。Chun等 [21] 對(duì)此提供了一些證據(jù)，他們研究了時(shí)效處理對(duì)Ti-5Al-3V-1.5Mo-2Zr鈦合金鉆桿組織和力學(xué)性能的影響。

原始試樣的抗拉強(qiáng)度（R m ） 為972 MPa，屈服強(qiáng)度 （R t0.2 ） 為885 MPa，伸長(zhǎng)率 （A） 為15%，硬度 （HV 0.3 ） 為 325，經(jīng)過不同溫度時(shí)效處理后，鈦合金鉆桿材料的力學(xué)性能發(fā)生了明顯變化，研究結(jié)果顯示處理后Ti-5Al-3V-1.5Mo-2Zr鈦合金的β晶粒尺寸增大，晶界清晰，α相聚集，晶界α相消失。初生層片狀α相尺寸增大，次生α相體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。后采用CMT5105拉伸試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 228.1—2010進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度增大，伸長(zhǎng)率降低。隨著時(shí)效溫度的升高，硬度先升高后降低（圖1（a）），與原試樣相比，拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯提高，延伸率降低（圖1（b）），而Ti-5Al3V-1.5Mo-2Zr鈦合金鉆桿材料的屈服現(xiàn)象不明顯，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上沒有明顯的屈服平臺(tái)（圖1（c））。時(shí)效后α/β界面位錯(cuò)堆積提高了合金的強(qiáng)度，二次相析出越多、晶粒越小，強(qiáng)化效果越顯著。

鈦合金油管、套管在地下會(huì)承受較大的外部壓力載荷，Liu等 [22] 基于強(qiáng)度抗壓準(zhǔn)則模型建立了一種新的鈦合金油套管強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型，對(duì)不同關(guān)鍵參數(shù)的鈦合金管和鋼管的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，鈦合金管的抗壓強(qiáng)度小于相同規(guī)格的鋼管。因此鈦合金油管、套管的抗壓強(qiáng)度對(duì)管柱在井下的安全至關(guān)重要。

國(guó)外學(xué)者 Schutz 等 [23] 將 UNS R56404 鈦管暴露在液態(tài)汞中，在相關(guān)油氣生產(chǎn)條件下，對(duì)其分別進(jìn)行高應(yīng)力、持續(xù)拉伸和循環(huán)加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在232 ℃的液態(tài)汞中，鈦管可以完全抵抗液態(tài)金屬脆變和其他形式的環(huán)境退化。他們還對(duì) UNSR55400鈦合金在ANSI/NACE MR0175/ISO 15156標(biāo)準(zhǔn)下的酸性使用狀況進(jìn)行了研究[24] 。UNSR55400屬于α+β型鈦合金，是專門為高溫高壓油氣生產(chǎn)服務(wù)開發(fā)的一種新型高強(qiáng)度鈦合金，他們發(fā)現(xiàn)UNS R55400鈦合金可以在高達(dá)198g/L氯化物(飽和)的酸性鹽水環(huán)境中使用，并且可以在最大硬度41HRC、最高溫度288 ℃，含或不含單質(zhì)硫環(huán)境中，承受至少高達(dá)3.45 MPa的H₂S分壓和6.9 MPa的CO₂分壓的酸性條件下使用。

綜上所述，鈦合金油井管的抗腐蝕性能要優(yōu)于傳統(tǒng)碳鋼油井管，其次可以通過時(shí)效處理來(lái)強(qiáng)化其自身的力學(xué)性能，并且具有抵抗液態(tài)金屬脆變、抗硫抗酸的優(yōu)良特性。但是在具有較大外部壓力載荷的服役環(huán)境時(shí)，鈦合金油井管的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)不如碳鋼油井管。我國(guó)針對(duì)如何改善鈦合金抗壓、抗彎強(qiáng)度方面的研究甚少，因此，研究在高應(yīng)力條件下保持甚至提高鈦合金材料強(qiáng)度具有重要意義。

2、鈦合金在石油工業(yè)中的應(yīng)用

隨著油氣勘探向深水、高溫高壓、高腐蝕等非常規(guī)油氣資源的不斷發(fā)展 [25-28] ，現(xiàn)有的油井管材料已不能滿足其使用條件 [29] 。鈦合金油井管具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、彈性模量低、易冷成型、耐海水侵蝕等優(yōu)良特性 [30-31] ，因此被應(yīng)用于深井、超深井、短半徑水平井和高酸油氣井當(dāng)中，成為支撐其發(fā)展的有力工具。

早在20世紀(jì)90年代，鈦合金就因其優(yōu)良的綜合性能被應(yīng)用于石油工業(yè)。美國(guó)RMI公司 [32] 研制出性能優(yōu)良、可用于油井管材的α+β型鈦合金管。之后RMI公司在此基礎(chǔ)上，又研制了一系列適用于石油工業(yè)的鈦合金材料，如 Ti-Bcta-C、3-2.5RU等。國(guó)產(chǎn)鈦合金油井管是由西安稀有金屬材料研究院有限公司研制開發(fā)的，與傳統(tǒng)鋼管相比，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)。鈦合金已成為未來(lái)流行的油井管材，它能有效地解決惡劣工況下油井管道的腐蝕失效問題。

2.1　鉆桿

對(duì)于一些需要特殊工藝開采的油井，采用鈦合金鉆桿是未來(lái)的趨勢(shì) [33] 。與常用鋼制鉆桿相比，鈦合金鉆桿具有靈活、結(jié)構(gòu)應(yīng)力小、耐疲勞、耐腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，在高曲率井的鉆井應(yīng)用中具有應(yīng)用前景。但鈦合金硬度低，耐磨性差，在磨損過程中容易產(chǎn)生咬傷和粘附，使元件在使用初期失效。威德福的子公司Grant Prideco和RTI能源系統(tǒng)公司開發(fā)了一種采用熱軋工藝的鈦合金鉆桿，它不僅具有普通鋼管的強(qiáng)度，還具有合成材料的柔韌性，質(zhì)量更輕，耐腐蝕，經(jīng)久耐用 [34-36] 。

與國(guó)外相比，我國(guó)鈦合金鉆桿技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速。鈦合金鉆桿桿體采用Ti-6Al-4V熱軋無(wú)縫管制成。設(shè)計(jì)加工的Ф73.02 mm鈦合金鉆桿外徑73.02 mm，壁厚9.19 mm，長(zhǎng)9.15 m。鉆桿桿體抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，彈性模量低，耐腐蝕性能好，制造成本低。此外，Ti-6Al-4V材料還具有良好的熱鍛、加工和焊接性能。圖 2 為G105、S135、V150和鈦合金鉆桿試樣的硬度測(cè)試結(jié)果，從圖2可以看出，鉆桿硬度分布較為均勻，鈦合金鉆桿的彈性模量和密度都低于鋼鉆桿，但鈦合金鉆桿的硬度卻高于 G105和 S135，這一性能可能會(huì)增強(qiáng)鈦合金鉆桿的耐磨性 [37] 。鈦合金增厚鉆桿端壁厚度的錐度轉(zhuǎn)變可以顯著降低鉆桿頭與鉆桿體接頭處的彎曲應(yīng)力，使鉆桿接頭的彎曲應(yīng)力沿軸向均勻分布，從而大大提高鈦合金鉆桿的抗疲勞性能。鈦合金鉆桿更適用于短半徑井、長(zhǎng)水平井、腐蝕環(huán)境復(fù)雜的井眼軌跡井 [37] 。

2.2　油套管

油套管是用于支撐油、氣井井壁的管材，以保證鉆井過程和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。每一口井根據(jù)不同的鉆井深度和地質(zhì)情況，要使用幾層套管。套管下井后要采用水泥固井，它與油管、鉆桿不同，不可以重復(fù)使用，屬于一次性消耗材料，其消耗量占全部油井管的70%以上，因此油套管材料亟需改進(jìn)。

美國(guó)雪佛龍公司研制了 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V-Ru、Ti-3Al-8V-6Cr -4Zr-4Mo等鈦合金油套管材料，已在墨西哥灣部分高壓高溫、超高壓高溫井中采用 [38] 。其中，熱采井使用的鈦合金套管采用Ti-6246合金材料。自2003年起，145鋼級(jí)鈦合金套管應(yīng)用于深度1 524 m、溫度260~287 ℃的熱采井中，取得了良好的效果。RMI公司采用熱旋轉(zhuǎn)-壓力穿孔管材軋制工藝，成功研制出鈦合金套管、油管和連續(xù)管。經(jīng)美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE認(rèn)定，RMI公司生產(chǎn)的鈦合金油井管在330 ℃以下，完全可抵抗H₂S、CO₂ 和Cl_-腐蝕，Gr29鈦合金管材在酸性油氣井服役實(shí)踐證明，其抗腐蝕能力超過C276鎳基合金，成本低于G3鎳基合金油套管 [39-40] 。

我國(guó)寶鈦集團(tuán)對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金升級(jí)改型，批量生產(chǎn)了Φ90~Φ120 mm擠壓鈦合金管材，在埋藏深度6 800 m、H 2 S體積分?jǐn)?shù)5.77%、地層溫度158 ℃的元壩氣田應(yīng)用，抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能與鎳基合金油井管相近，甚至更優(yōu)。中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院等利用α+β型鈦合金開發(fā)了P110鋼級(jí)鈦合金油井管，并與加拿大CFer中心合作進(jìn)行了油套管特殊螺紋接頭氣密封機(jī)理研究，對(duì)牙型設(shè)計(jì)、過盈量計(jì)算及密封結(jié)構(gòu)兼顧抗黏扣性能進(jìn)行研究，開發(fā)了氣密封特殊螺紋鈦合金接頭，經(jīng)中國(guó)海洋石油公司下井試驗(yàn)，證明其性能超過 API SPEC 5CT—2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)P110鋼級(jí)鈦合金的要求 [41] 。

3、鈦合金油井管抗腐蝕性能研究進(jìn)展

鈦合金抗腐蝕的本質(zhì)是由于鈦是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的元素，標(biāo)準(zhǔn)電極電位只有-1.63 V (標(biāo)準(zhǔn)氫電極HSE)，因此使得鈦及鈦合金在空氣甚至水中極易形成一種連續(xù)、致密同時(shí)又非常薄的表面氧化膜，由內(nèi)層的 Ti₂O₃ 和外層的 TiO₂組成，并且隨著氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行而不斷增厚。氧化膜覆蓋在鈦合金的表面阻礙了反應(yīng)電荷傳輸而減少或抑制了鈦合金在腐蝕介質(zhì)中的溶解，出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。然而，鈦合金具有比其他合金更高的正電位，當(dāng)與不同的合金耦合時(shí)，鈦合金作為陰極被保護(hù)，加速了耦合金屬的腐蝕，可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞 [42] 。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鈦合金在鉆桿和油套管中的抗腐蝕性能也進(jìn)行了一定的研究。

3.1　鈦合金鉆桿抗腐蝕性能研究進(jìn)展

Peng 等 [37] 對(duì)鈦合金鉆桿的疲勞性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，在空氣中隨著鋼種等級(jí)的提高，鉆桿的疲勞壽命會(huì)延長(zhǎng)，而在鉆井泥漿中，鈦合金鉆桿的疲勞性能最好。圖3 （a） 顯示了不同鉆桿試樣在室溫 H₂S 泥漿下的疲勞曲線，H₂S泥漿的存在會(huì)大大降低每個(gè)鉆桿試樣的疲勞壽命，說明鉆桿對(duì)H₂S泥漿具有較高的敏感性。

在H₂S泥漿環(huán)境下，鈦合金鉆桿的疲勞壽命顯著高于 G105、S135 和 V150 等鋼鉆桿。圖 3 （b）繪制了100 ℃、H 2 S泥漿中不同鉆桿的S-N曲線，與室溫空氣相比，G105、S135、V150和Ti試樣的疲勞壽命顯著降低。H 2 S泥漿與溫度的耦合因素比單一因素對(duì)鉆桿疲勞壽命的影響更大。在這種耦合條件下，鈦鉆桿的疲勞壽命仍比其他鉆桿具有較大的優(yōu)勢(shì)。

Chen等 [43] 采用新型表面處理微弧氧化技術(shù)，在氧化溶液中加入不同濃度的鎢酸鈉，對(duì)TC4鈦合金鉆桿表面進(jìn)行微弧氧化處理。研究表明，鎢摻雜能有效提高TC4鈦合金鉆桿的硬度和抗腐蝕性能。并且當(dāng)鎢酸鈉濃度為3g/L時(shí)，鈦合金鉆桿上微弧氧化層的綜合性能最佳。

綜上研究，鈦合金鉆桿在高溫高硫環(huán)境下的腐蝕疲勞壽命優(yōu)于鋼鉆桿，并且TC4鈦合金表面經(jīng)過處理能夠有效提高鉆桿的硬度和抗腐蝕性能。但是目前對(duì)于通過表面處理的方法來(lái)提高鈦合金鉆桿的抗腐蝕性能的研究還很少，這也為今后的研究提供了方向。

3.2　鈦合金油套管抗腐蝕性能研究進(jìn)展

Wang等 [44] 對(duì)可以用作油套管的鈦合金材料TC4進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)在酸性腐蝕環(huán)境下，TC4合金表面局部存在電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，以點(diǎn)腐蝕為主。在含CO₂的完井液中，TC4合金的腐蝕程度較嚴(yán)重，但在含CO₂的地層水中耐腐蝕性能較好。在上述兩種含CO₂ 的腐蝕介質(zhì)中，TC4合金具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。與陸地環(huán)境相比，TC4合金在深海環(huán)境中對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂更為敏感。同時(shí)，Wang等 [45] 還研究了不同應(yīng)力加載條件下TC4鈦合金的耐蝕機(jī)理，發(fā)現(xiàn)加載彈性應(yīng)力的試樣表面出現(xiàn)凹坑，但孔蝕程度較輕，表面膜層表現(xiàn)出n型半導(dǎo)體性質(zhì)，具有陽(yáng)離子選擇透過性。當(dāng)承受塑性應(yīng)力的試樣表面凹坑更深、尺寸更寬，表面膜層的半導(dǎo)體型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型時(shí)，Cl - 、CO₃^2- 等陰離子更容易吸附、破壞保護(hù)膜，并通過保護(hù)膜與基體接觸，導(dǎo)致TC4鈦合金耐腐蝕性能下降。

目前，非傳統(tǒng)油氣田工作條件惡劣。高溫會(huì)降低油管和套管的屈服強(qiáng)度和彈性模量，高壓會(huì)增加油管和套管的壓力。在H₂S、CO₂和Cl - 的單獨(dú)或共同作用下，油套管的腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重。鈦合金油管、套管可以有效解決井下腐蝕失效問題，但目前對(duì)鈦合金油管、套管耐腐蝕性能的研究還不完善，需要進(jìn)一步研究。

3.3　鈦合金油井管抗腐蝕性能影響因素

Schutz 等 [46] 比較了 UNS R55400 合金管柱與其 他 油 田 鈦 合 金 管 柱 的 耐 腐 蝕 性 能 ， UNSR55400 管道開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室腐蝕測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在油田工業(yè)相關(guān)的高酸性、非酸性富含氯化物的水環(huán)境中，鈦合金抗SSC和局部點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕能力有所提高。表2展示了在不同油田環(huán)境中不同類型鈦合金的近似環(huán)境服役極限值。從表2可以看出，UNS R55400和UNS R56404鈦合金在酸性和非酸性富氯化物水環(huán)境中性能最好，強(qiáng)度最高的是UNS R58640 beta鈦合金。

Wei等 [47] 研究了退火溫度對(duì)Ti-Mo鈦合金在鹽酸中的組織演變及腐蝕行為的影響，他們發(fā)現(xiàn)退火溫度超過850 ℃后，鈦合金表面形成的MoO₃和TiO₂鈍化膜加速溶解，腐蝕速率增加，形成α相和β相微原電池。此外，該鈍化膜顯示出與退火溫度無(wú)關(guān)的n型半導(dǎo)體性能。

通過以上研究成果發(fā)現(xiàn)，退火溫度、高酸、非酸性富氯化物水環(huán)境都會(huì)影響鈦合金的抗腐蝕性能，這一結(jié)論對(duì)今后優(yōu)化鈦合金材料具有指導(dǎo)意義。

4、鈦合金材料制備與優(yōu)化

為了解決短半徑水平井中鋼制鉆桿早期疲勞的問題，Grant prideco與RTI能源公司聯(lián)合開發(fā)了一種鈦合金鉆桿 [48] 。該鈦合金鉆桿強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕。Schutz和 Watkins [49] 在合金元素的基礎(chǔ)上采用傳統(tǒng)的α+β鈦合金TC4鉆桿，通過限制合金中最大的合金元素含量 （ 即ELI的最高評(píng)級(jí)為0.13%O），以最大限度提高抗斷裂性能。

在合金中加入0.1%Ru，研制出Ti-6Al-4V-Ru和Ti-3Al-2.5V-Ru 是兩種成本較低的耐腐蝕高強(qiáng)度鈦合金鉆桿，并已成功應(yīng)用于地?zé)猁u水井、海上立管錐形應(yīng)力接頭和深海海上鉆井平臺(tái)。微合金元素Ru的加入使合金具有耐應(yīng)力腐蝕的性能，在使用溫度高達(dá)330 ℃、pH值低至2.3時(shí)，耐腐蝕性能仍較好 [50-51] 。優(yōu)化后的鈦合金鉆桿具有良好的耐腐蝕性能、低成本、高強(qiáng)度的特性。Zhang等 [52] 以增材加工TC4合金為基礎(chǔ)，優(yōu)化兩步化學(xué)拋光工藝，獲得了較好的表面質(zhì)量。拋光后TC4合金的失重率僅為2.51%；TC4表面粗糙度降低了71.86%，表面質(zhì)量得到了顯著改善，在合金表面形成了均勻穩(wěn)定的TiO₂鈍化膜。與未拋光的TC4相比，拋光后試樣表面鈍化膜的厚度減小，鈍化膜的電阻增大，具有較高的耐蝕性。Zhang等 [53] 提出了一種新型激光加工的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用沉積Ti-Al-V-xC合金來(lái)闡明基體中C、Al和V之間的固溶關(guān)系以及C對(duì)TiC沉淀行為的影響，研究結(jié)果表明，C的固溶強(qiáng)化和TiC的連續(xù)析出提高了鈦基合金的壓痕硬度、彈性模量和屈服強(qiáng)度，這項(xiàng)工作將為設(shè)計(jì)用于激光增材制造和其他激光加工技術(shù)的優(yōu)化鈦基復(fù)合材料奠定基礎(chǔ)。Zhao等 [54] 在硅對(duì)高溫鈦合金性能和強(qiáng)化機(jī)理的影響研究中提出，硅的加入有利于提高高溫環(huán)境下鈦合金的強(qiáng)度、抗蠕變性和抗氧化性，但是這也存在著降低鈦合金塑性的弊端。這項(xiàng)研究為制備高溫環(huán)境下服役的油井管提供了新的研究方向。

5、結(jié)束語(yǔ)

雖然目前對(duì)于鈦合金在油井管的應(yīng)用已經(jīng)有了較多的研究成果，但仍然存在一些亟待解決的問題，例如抗氧化性差、硬度低、可焊性能差，特別是表面硬度較低，導(dǎo)熱性和耐磨性差，鈦合金管材螺紋粘扣問題，利用優(yōu)化的材料制備的油井管能否長(zhǎng)時(shí)間服役于高CO₂和高H₂S環(huán)境，以及根據(jù)實(shí)際使用需求可能需要考慮材料的焊接性能問題，這些問題的進(jìn)一步突破將對(duì)鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域的拓展研究具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：奚運(yùn)濤（1978—）， 山東巨野人，工學(xué)博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橛蜌馓锔�蝕和結(jié)垢機(jī)理及防治措施研究、材料表面處理技術(shù)以及油氣田新材料和新工具研發(fā)與應(yīng)用。

通訊作者： 王 雷 （1988—），陜西西安人，工學(xué)博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)槭�油管材力學(xué)性能分析、石油設(shè)備腐蝕與防護(hù)。

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