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精密钢管材料的抗氢致裂纹

文章来源:本站原创  发布时间:2018-6-6 13:15:25

  精密钢管材料的抗氢致裂纹    无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气。随着硫化氢腐蚀问题的日益严重,抗硫无缝管线管的研制迫在眉睫,而抗硫性能的好坏是关键。探讨了影响抗氢致裂纹(HIC)性能的介质与材料因素,认为Cu、Ni的加入可以提高无缝管线管材料的HIC性能,降低钢中的S含量,经喷硅钙粉处理还可降低氢鼓泡的敏感性。
  
  随着石油和天然气开采的日益深入,开采条件复杂且处于含硫环境的油气井越来越多,硫化氢腐蚀问题非常尖锐。近年来,国内外对抗硫无缝管线管的需求不断增加。无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气,是采用无缝管生产方式制造的没有焊缝的钢管。本文拟对抗硫无缝管线管的研制作一讨论。
  
  1 试验方法
  
  根据ISO3183标准,采用浸入法,在实验室冶炼7炉1 t钢锭,经过锻造、穿孔、顶管及张减制造成管,在钢管上截取20 mm×100 mm×5 mm板厚或管厚试样,将其浸入按标准规定配置的溶液中,96 h后取出并垂直轧向取截面,用金相法计算3个参量(裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、开裂敏感率CSR),以此来比较抗氢致裂纹(HIC)敏感性。
  
  2 影响HIC性能的因素
  
  2.1 介质因素
  
  1) pH值。大量的研究结果表明,在pH为1~6的范围内,氢鼓泡的敏感性随pH的增加而降低,当pH>6时,则不发生氢鼓泡[1]。
  
  2) H2S浓度。硫化氢的浓度愈高,则氢鼓泡的敏感性愈大。
  
  3) 氯离子。在pH 值为3.5~4.5 的范围内,Cl-的存在,使腐蚀速度增加,氢鼓泡的敏感性增加。
  
  4) 温度。25℃时CLR最大,氢鼓泡的敏感性最大。低于25℃时,升温使腐蚀反应及氢扩散速度加快,从而氢鼓泡的敏感性增加。而高于25℃以后,由于H2S浓度的下降,反而使氢鼓泡的敏感性下降。
  
  5) 时间。试验采用96 h作为对比,一般情况下随试验时间的增加,腐蚀程度趋向严重。
  
  2.2 材料因素
  
  2.2.1 化学成分的影响
  
  在实验室冶炼了一轮根据不同级别设计的钢种,具体成分见表1,并对其进行HIC浸泡试验。从浸泡后的试样表面观察,B2、B6、B7的鼓泡面积明显多于B9、B10,裂纹敏感性指标结果见表2。从表2 可看出,B2、B6、B7 的抗HIC 性能明显劣于B9、B10。表1 中B2、B6、B7 钢种不含Cu、Ni,而B9、B10 钢种则含有Cu、Ni。由此可见,Cu、Ni 的加入,使腐蚀产物在钢的表面形成了保护膜,抑制了表面的腐蚀反应,从而降低氢的逸出,减少了氢从环境中进入钢的基体,降低氢鼓泡敏感性,增加了抗HIC 的性能,这与Oriani 的研究结果[2] 非常吻合,而且Oriani 还指出只有加入0.2 %的Ni 及大于0.2 %的Cu才能产生效果。


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