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國(guó)外海洋工程用超級(jí)耐蝕合金

與陸地油氣開(kāi)采相比，海洋環(huán)境洋流變化劇烈、海水溫度和壓力隨深度變化大、海底巖層結(jié)構(gòu)與陸地井迥異。海洋油氣中H2S，CO2和Cl-等的含量普遍較高，海底微生物種類(lèi)復(fù)雜，化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕能力都很強(qiáng)。因此，海洋油氣開(kāi)采平臺(tái)用特殊鋼材料如不銹鋼、耐蝕合金等普遍要求高耐蝕、高強(qiáng)高韌和高耐磨等性能特點(diǎn)。國(guó)外先進(jìn)的海洋油氣資源鉆采、加工、輸運(yùn)等環(huán)節(jié)均應(yīng)用了大量的超級(jí)不銹鋼和耐蝕合金材料。所謂的“超級(jí)”不銹鋼材料，與傳統(tǒng)不銹鋼材料相比，一般是指高Ni/Cr/Mo、高純凈度、采用N 合金化或變形工藝強(qiáng)韌化的一類(lèi)高性能不銹鋼材料，如超級(jí)奧氏體、超級(jí)鐵素體、超級(jí)雙相不銹鋼以及鎳基或鐵鎳基耐蝕合金等。

與海洋平臺(tái)用微合金化結(jié)構(gòu)鋼材料不同，海洋平臺(tái)用特殊鋼材料普遍都是高合金體系的Ni-Cr或Cr-Ni-Mo基不銹鋼、超級(jí)不銹鋼或耐蝕合金材料，一般都具有高耐點(diǎn)蝕當(dāng)量、高純凈度以及N合金化等特點(diǎn)。使用這些高合金材料制備的海洋平臺(tái)典型件如儲(chǔ)運(yùn)、工藝管道、脫鹽、換熱器、油井管、鉆探和樁腿等，為滿足其特殊的服役工況條件，普遍具備高強(qiáng)度、高耐蝕性或兼而有之。通常而言，耐蝕性和強(qiáng)度是海洋平臺(tái)用特殊鋼材料的兩個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。目前國(guó)外海洋平臺(tái)用先進(jìn)特殊鋼鋼種主要包括超級(jí)奧氏體不銹鋼、超級(jí)鐵素體不銹鋼、高強(qiáng)度奧氏體無(wú)磁不銹鋼、鎳基和鐵鎳基耐蝕合金等，這幾類(lèi)特殊鋼材料因其合金成分體系設(shè)計(jì)不同而性能各有所長(zhǎng)。

(1)高M(jìn)o含量的Cr-Ni-Mo超級(jí)奧氏體不銹鋼。對(duì)于超級(jí)奧氏體不銹鋼而言，普遍具有較高的Cr和Ni含量、一定的Mo含量(6%～7%)，具有在較高溫度優(yōu)異的耐局部腐蝕和均勻腐蝕的能力，其耐點(diǎn)蝕當(dāng)量PREN值(Cr+3.3Mo+16N)一般都達(dá)到30以上，部分材料甚至高達(dá)50以上，這確保了此類(lèi)材料優(yōu)異的耐蝕性能；同時(shí)合理的N合金化使其兼具了較高的強(qiáng)度和塑韌性。

(2)鎳基或鐵鎳基耐蝕合金。對(duì)于鎳基或鐵鎳基耐蝕合金來(lái)說(shuō)，其Cr，Ni和Mo 元素含量更高，在熱帶水域和離子介質(zhì)復(fù)雜的條件下比超級(jí)奧氏體不銹鋼具有更為突出的耐局部腐蝕及耐應(yīng)力腐蝕性能?？蓮V泛應(yīng)用于油氣媒介、油水分離或其他更為苛刻的化工工藝管道、泵閥和離心機(jī)等工礦條件。

(3)高氮奧氏體不銹鋼。極高的N元素含量大幅度提升了材料的強(qiáng)度指標(biāo)，使其具有高溫條件下顯著優(yōu)異的強(qiáng)度性能，由于采用了Mn-N代Ni成為奧氏體穩(wěn)定元素，使其在性能優(yōu)異的同時(shí)具有較低的生產(chǎn)成本。由于近年來(lái)其合金體系的不斷優(yōu)化，以及一定的Mo元素加入，使其也具備了優(yōu)良的耐局部腐蝕性能，Cr 含量的不斷提升以及C元素的進(jìn)一步降低，改善了材料的耐晶間腐蝕性能。

高性能的海洋平臺(tái)用特殊鋼材料在國(guó)外早已商業(yè)化生產(chǎn)多年，典型的生產(chǎn)廠商包括瑞典山特維克(Sandvik)、德國(guó)蒂森克虜伯(ThyssenKrupp)、芬蘭奧托昆普(Outokumpu)、日本冶金(Yakin)、美國(guó)阿里根尼(ATIAllegheny)、美國(guó)特種金屬(SMC)、奧地利伯樂(lè)(Bohler)、美國(guó)卡朋特(Carpenter)等，其中有代表性的是海洋油氣資源開(kāi)發(fā)工程用高性能Cr-Ni-Mo-N體系超級(jí)奧氏體不銹鋼和耐蝕合金材料。

(摘編自中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng))