毕业设计论文_氢对CrMo钢价电子结构的影响

摘要利用固体与分子经验电子理论——余氏理论（EET），分别计算了含氢与不含氢时CrMo钢的价电子结构参数，包括原子组态数N、共价电子数An、晶格电子数ln。并计算出An、ln的统计值'An、'ln。最后应用价电子结构参数及其统计值分析CrMo钢的性能，从电子结构层次对CrMo钢介入氢以后的性能的改变做出解释。研究结果表明，氢介入不含合金元素晶格结构后，相变得不稳定，键也更加弱，脆断的可能性增加了很多。在含有合金元素的晶格内，虽然从计算的数值研究，相较于氢介入以前，CrMo钢相更稳定，键更强，脆断可能性更低，但是由于氢加入以后，'An、'ln值的增大使得非最强健的共价电子数减少，造成了晶体内的各向异性，晶体结构也就不稳定了，各项性能也变差。合金元素的加入使CrMo钢在具有高强度的同时，保持了较高韧性，并且Cr、Mn、Mo对合金的强化作用依次递增。随着合金元素种类增多，强化作用更加显著。同时含C合金结构单元对氢表现为排斥效果，其晶胞自身作为一种强障碍妨碍氢穿过，无碳合金晶胞是氢的强陷阱，降低了氢的扩散速度。关键词：CrMo钢；EET理论；氢的作用AbstractUsingtheempiricalelectrontheoryofsolidsandmolecules(EET),accounttheparametersofvalenceelectronstructureofCrMosteelwithandwithouthydrogenornot.ItcomprisethenumberofatomconfigurationN,covalenceelectronAn,crystallatticeln.Andaccountthestatisticalnumber'An,'lnofAn,ln.FinallyapplyparameterofvalenceelectronstructureandtheirstatisticalnumberanalysecapabilityofCrMosteel,makeoutexplainwhyCrMosteel'scapabilityhavechangedfromelectronstructureadministrativelevels.Theresultofstudyshows,afterhydrogenaddingthecrystallatticestructurewithoutalloyelements,themetallographicphasegetsastaticism,thebondbecomesebber,andthepossilityofbrittlenessruptureincreasemuch.Inthecrystalincludingalloyelements,althoughaccountsshowthatcomparedwithhydrogendon'tcomeintoCrMosteel:themetallographicphaseallthebetterstabilize,thebondallthebetterstrongandthepossilityofbrittlenessruptureevenmorelow.However,inthisdisquisitionstudybecauseofthehydrogen'scoming,thevalueof'An,'lnincreasedandmaketheunstrongestbond'scrystallatticenumberreduced,atthesametime,bringaboutcrystalanisotropism,andthestructureastaticism,andcauseperformancesgetbad.AlloyelementsmakeCrMosteelhavehighstrengthandkeephightoughness,alsoCr、Mn、Mostengthenactionincreasesbydegreesinturn.AsAlloyelements'categoryraises,reinforcementbecomesmoreremarkable.Iftherearecarboninalloystructure,thecellwillexcludehydrogen.BecausecellthemselfcanactasabarriertopreventHformpassingthough.Iftherearenotcarbon,crystalcellwilldebasehydrogenousdiffusespeed.Keywords:CrMosteel;thetheoryofEET;hydrogenousactionI目录摘要Abstract1.绪论.................................................................11.1研究目的与意义.................................................11.2理论基础及价电子理论应用.......................................21.2.2余氏理论.................................................21.2.2.1余氏理论的基本概念.....................................21.2.2.2余氏理论的基本假设.....................................31.2.2.3键距差（BLD）法.......................................51.2.3价电子理论国内外研究现状.................................71.3An的统计值'An..................................................71.3.1'An的物理意义............................................71.3.2'An统计值的表示..........................................82.CrMo钢的价电子结构计算..............................................92.1CrMo钢化学成分及组织结构......................................92.2晶体结构参数确定...............................................92.3价电子结构计算单元............................................102.3.1不含氢CrMo钢计算单元...................................102.3.2含氢CrMo钢计算单元.....................................103.价电子结构计算模型..................................................113.1Fe晶胞的计算模型.........................................113.2HFe晶胞的计算模型..........................................123.3xMFe晶胞的计算模型.........................................133.4HMFex晶胞的计算模型.....................................143.5CFe晶胞的计算模型..........................................153.6HCFe晶胞的计算模型......................................173.7xMCFe晶胞的计算模型.....................................193.8HMCFex晶胞的计算模型..................................203.9yxMMCFe晶胞的计算模型.................................223.10HMMCFeyx晶胞的计算模型............................23II4.计算结果及分析......................................................264.1计算结果......................................................264.2分析..........................................................274.2.1N变化造成的影响.......................................274.2.2'An变化造成的影响........................................284.2.3'ln变化造成的影响........................................295.结论................................................................32致谢..................................................................33参考文献..............................................................34氢对CrMo钢价电子结构的影响11.绪论1.1研究目的与意义由于能源替代技术进展缓慢，世界各国对石油和天然气的需求仍在不断增长。在国际范围内，原油价格持续走高，加快了含SH2、2CO等生产成本高、开发难度大的油气田的开发力度。由于油气田用油套管服役条件恶化，要求管材具有优异的抗SH2腐蚀性能【1】。普通材料用于含SH2的油气资源开采时，油套管在SH2气体的作用下，往往会造成氢脆，从而造成油、套管或整口井的报废，如果剧毒SH2外泄，将会对钻井周围的人、生态环境以及设备造成巨大的破坏。因此，开采含SH2的油气田必须使用抗硫油材料。油田抗SH2腐蚀所使用的钢材在全球有两大类，一种是以日本为代表的不含合金元素的碳钢，这种钢材的提炼技术要求相当高，目前我国普遍无法达到。另一种是CrMo钢，它是在满足国际标准的条件下，在碳钢中加入合金元素Cr、Mo，以达到使用要求，而这也是我国正在使用的。本次毕业设计讨论的就是上述第二种钢材——CrMo钢。CrMo钢是一种具有高强度、高塑性和高韧性的结构钢，经调质热处理后或正火后使用，在5000C以下具有足够的高温强度。在油田中，主要应用的有两种CrMo钢，一种是35CrMo钢和42CrMo钢，它们主要应用于各种零件，包括打捞器、卡瓦、分割器等，以及井下工具钢；另一种是55J（即CrMo15钢）和110P（即CrMo25钢），它们是我国主要的油套管用钢。目前油气田中SH2的腐蚀问题依然严重，造成了大量的损失，因此急需提高材料的抗SH2腐蚀的能力。在这样的前提下，运用合金价电子理论揭示CrMo钢在含氢条件下基体合金元素交互作用机理，可以更好的理解并解决问题。将CrMo钢物理本质与固体与分子经验电子理论（EET）联系探索，运用固体与分子经验电子理论建立了CrMo钢中存在的各种价电子结构模型，分别计算含氢与不含氢结构单元的电子结构参数，并以此讨论氢对