精密鋼管材料的抗氫致裂紋

2018/6/6 13:15:25 文章來源:本站原創 分享

  精密鋼管材料的抗氫致裂紋    無縫管線管主要用于井口附近輸送高壓油氣。隨著硫化氫腐蝕問題的日益嚴重,抗硫無縫管線管的研制迫在眉睫,而抗硫性能的好壞是關鍵。探討了影響抗氫致裂紋(HIC)性能的介質與材料因素,認為Cu、Ni的加入可以提高無縫管線管材料的HIC性能,降低鋼中的S含量,經噴硅鈣粉處理還可降低氫鼓泡的敏感性。
  
  隨著石油和天然氣開采的日益深入,開采條件復雜且處于含硫環境的油氣井越來越多,硫化氫腐蝕問題非常尖銳。近年來,國內外對抗硫無縫管線管的需求不斷增加。無縫管線管主要用于井口附近輸送高壓油氣,是采用無縫管生產方式制造的沒有焊縫的鋼管。本文擬對抗硫無縫管線管的研制作一討論。
  
  1 試驗方法
  
  根據ISO3183標準,采用浸入法,在實驗室冶煉7爐1 t鋼錠,經過鍛造、穿孔、頂管及張減制造成管,在鋼管上截取20 mm×100 mm×5 mm板厚或管厚試樣,將其浸入按標準規定配置的溶液中,96 h后取出并垂直軋向取截面,用金相法計算3個參量(裂紋長度率CLR、裂紋厚度率CTR、開裂敏感率CSR),以此來比較抗氫致裂紋(HIC)敏感性。
  
  2 影響HIC性能的因素
  
  2.1 介質因素
  
  1) pH值。大量的研究結果表明,在pH為1~6的范圍內,氫鼓泡的敏感性隨pH的增加而降低,當pH>6時,則不發生氫鼓泡[1]。
  
  2) H2S濃度。硫化氫的濃度愈高,則氫鼓泡的敏感性愈大。
  
  3) 氯離子。在pH 值為3.5~4.5 的范圍內,Cl-的存在,使腐蝕速度增加,氫鼓泡的敏感性增加。
  
  4) 溫度。25℃時CLR最大,氫鼓泡的敏感性最大。低于25℃時,升溫使腐蝕反應及氫擴散速度加快,從而氫鼓泡的敏感性增加。而高于25℃以后,由于H2S濃度的下降,反而使氫鼓泡的敏感性下降。
  
  5) 時間。試驗采用96 h作為對比,一般情況下隨試驗時間的增加,腐蝕程度趨向嚴重。
  
  2.2 材料因素
  
  2.2.1 化學成分的影響
  
  在實驗室冶煉了一輪根據不同級別設計的鋼種,具體成分見表1,并對其進行HIC浸泡試驗。從浸泡后的試樣表面觀察,B2、B6、B7的鼓泡面積明顯多于B9、B10,裂紋敏感性指標結果見表2。從表2 可看出,B2、B6、B7 的抗HIC 性能明顯劣于B9、B10。表1 中B2、B6、B7 鋼種不含Cu、Ni,而B9、B10 鋼種則含有Cu、Ni。由此可見,Cu、Ni 的加入,使腐蝕產物在鋼的表面形成了保護膜,抑制了表面的腐蝕反應,從而降低氫的逸出,減少了氫從環境中進入鋼的基體,降低氫鼓泡敏感性,增加了抗HIC 的性能,這與Oriani 的研究結果[2] 非常吻合,而且Oriani 還指出只有加入0.2 %的Ni 及大于0.2 %的Cu才能產生效果。

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