任保劍，何 清，張付峰，袁希海，肖松節(jié)，唐 荔

（1.鄭州萬(wàn)達(dá)重工股份有限公司，鄭州 451161；2.四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司 物資分公司，成都610017）

N08825鎳基合金復(fù)合管件加工技術(shù)及耐蝕性研究

任保劍1，何 清1，張付峰1，袁希海1，肖松節(jié)1，唐 荔2

（1.鄭州萬(wàn)達(dá)重工股份有限公司，鄭州 451161；2.四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司 物資分公司，成都610017）

為了避免高H2S/CO2油氣田用管道的電化學(xué)腐蝕損傷和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題，以某天然氣凈化廠原料氣管線擬使用的N08825鎳基合金復(fù)合管為例，研究了其加工技術(shù)及耐蝕性能。研究結(jié)果顯示，N08825鎳基合金復(fù)合管力學(xué)性能及SCC性能均滿足中石化普光氣田凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程SEI《焊制復(fù)合鋼管、管件規(guī)格書(shū)》要求。結(jié)果表明，通過(guò)控制大直徑鎳基合金管件加工工藝并在復(fù)合管內(nèi)表面涂刷防護(hù)劑，可確保復(fù)合管件成型質(zhì)量及高H2S/CO2環(huán)境下的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。

N08825鎳基合金；復(fù)合管；應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

Abstract:In order to avoid electrochemical corrosion damage and stress corrosion cracking problem in high H2S/CO2gas fields and pipelines,taking N08825 nickel base alloy pipe,which will be used in a natural gas purification plant raw material gas pipeline,as an example,studied the processing technology and corrosion resistance.The research results indicated that the mechanical properties of N08825 nickel base alloy and the performance of SCC all meet the requirements of the SEI“welding composite steel pipe and pipe piece specification” of the raw material gas pipeline safety hazard management project of Sinopec Puguang gas field purification plant.The research results showed that by controlling the large diameter nickel base alloy pipe fittings processing technology and painting protective agent in composite pipe inner surface,can ensure the forming quality of the composite pipe and the stress corrosion cracking performance under high H2S/CO2environment.

Key words:N08825 nickel base alloy;composite pipe;stress corrosion cracking

近年來(lái)，隨著能源需求的日益增加，能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。隨著石油和天然氣的需求持續(xù)增長(zhǎng)，油氣田的開(kāi)采已經(jīng)由原來(lái)的粗放型向精細(xì)型過(guò)渡，高含S油氣田的開(kāi)采比例也在逐步加大。目前，在富含 S（w（S）＞17%）的天然氣輸送過(guò)程中使用的復(fù)合管道，其內(nèi)壁復(fù)層材料（316L）腐蝕嚴(yán)重，使用壽命短，存在極大安全隱患，已成為行業(yè)急需解決的難題。

對(duì)于高H2S/CO2油氣田，H2S和CO2共同存在的腐蝕性比單獨(dú)H2S存在時(shí)的腐蝕性更強(qiáng)，為避免H2S/CO2引起的電化學(xué)腐蝕損傷和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題，通常的應(yīng)對(duì)方法是采用昂貴的不銹鋼管。為了保證管道的耐蝕性并控制成本，可選用雙金屬?gòu)?fù)合管來(lái)替代不銹鋼管[1-3]，鎳基合金復(fù)合材料就是其中最具代表性的材料。N08825鎳基合金是一種鈦穩(wěn)定化的Ni-Fe-Cr-Mo耐蝕合金，此合金具有良好的耐腐蝕及良好的加工性能，同時(shí)還具有耐高溫的特點(diǎn)。由于其優(yōu)良的耐硫化物及氯化物腐蝕性能，在高S原油的加工行業(yè)，廣泛用于加氫裝置中存在嚴(yán)重硫化物及氯化物腐蝕的設(shè)備或管線材料中。本研究針對(duì)某天然氣凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程擬使用的N08825鎳基合金復(fù)合管，分析其加工工藝及耐蝕性能。

1 加工工藝

N08825鎳基合金材料的熱加工一直以來(lái)是冶金工藝面臨的一個(gè)難題，是產(chǎn)品制造中的難點(diǎn)所在，主要問(wèn)題是材料熱變形抗力大及熱塑性較好的加工溫度區(qū)域狹窄。本研究采用的Q245R+N08825鎳基合金管件為某天然氣凈化廠原料氣管線用管，該鋼管是爆炸復(fù)合鋼板經(jīng)卷制成型后再采用焊接制成[4-5]，公稱直徑DN700 mm，壁厚36 mm+3.2 mm。

抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能是N08825鎳基復(fù)合材料在高H2S/CO2油氣田企業(yè)使用中的一個(gè)重要性能指標(biāo)，在復(fù)合管熱加工之前對(duì)復(fù)合板內(nèi)層表面進(jìn)行保護(hù)，即將防護(hù)劑均勻涂覆在N08825鎳基合金鋼管內(nèi)表面上。另外，為保證內(nèi)復(fù)層表面的高耐蝕性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)工裝模具，采用在工裝模具和管件接觸面上堆焊一層不銹鋼的方法，以此在成型過(guò)程中徹底杜絕鐵離子的污染；采用數(shù)控銑床加工模具表面，確保尺寸精度及模具和管件成型之后的分離速度。

為了保證復(fù)合管件加熱后復(fù)層的耐蝕性能及基層的力學(xué)性能，結(jié)合基層和復(fù)層兩種材料的特性，確定加熱溫度為（890±15）℃，這一溫度區(qū)域既處于基層Q245R的正火溫度范圍，同時(shí)也是鎳基合金穩(wěn)定化熱處理的溫度范圍，不但保證了基層的力學(xué)性能，而且還能保證復(fù)層的耐蝕性能。熱處理保溫時(shí)間為59 min（基材和復(fù)層的總壁厚×1.5）。采用該保溫時(shí)間既能保證鎳基合金的固溶效果，也能降低長(zhǎng)時(shí)間高溫條件對(duì)復(fù)合管件的綜合性能的不利影響。

2 力學(xué)性能及SCC性能分析

2.1 力學(xué)性能

分別對(duì)Q245R+N08825鎳基合金管件的基材Q245R外弧側(cè)（1#試樣）及焊接接頭部位（2#試樣）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，試驗(yàn)結(jié)果均滿足中石化普光氣田凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程SEI《焊制復(fù)合鋼管、管件規(guī)格書(shū)》中對(duì)拉伸性能的要求。另外，對(duì)焊接接頭進(jìn)行了d=4a的側(cè)彎試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，其結(jié)果也符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 DN700 mm×（36+3.2）mm 規(guī)格Q245R+N08825鎳基復(fù)合管件力學(xué)性能

表2 Q245R+N08825鎳基復(fù)合管件焊接接頭側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果

2.2 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能

國(guó)內(nèi)多家油氣田開(kāi)發(fā)企業(yè)均發(fā)現(xiàn)其地質(zhì)結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)含有大量H2S和CO2氣體，這兩種氣體的水溶液均具有較強(qiáng)腐蝕性，不僅易出現(xiàn)局部點(diǎn)蝕，而且在應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題[6-8]，嚴(yán)重影響相關(guān)設(shè)備的安全使用。

根據(jù)工程技術(shù)規(guī)格書(shū)和文獻(xiàn)[9-11]對(duì)天然氣凈化廠用鎳基復(fù)合管件的復(fù)層焊接接頭進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)，工況條件模擬見(jiàn)表3。

表3 模擬工況條件

在垂直于焊縫的復(fù)合層焊接接頭部位分別取3個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試樣尺寸如圖1所示。

圖1 試樣尺寸示意圖

試樣經(jīng)丙酮除油、酒精脫水后，采用四點(diǎn)彎曲加載夾具對(duì)試樣進(jìn)行加載，如圖2所示。加載載荷為209.6 MPa。將3個(gè)試樣分別放入高壓反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行720 h高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。

圖2 四點(diǎn)彎曲試樣夾具加載示意圖

圖3為3個(gè)試樣經(jīng)720 h高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)后的宏觀形貌，在試樣表面均未見(jiàn)垂直于試樣表面拉應(yīng)力方向的裂紋，符合該工程技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求。

圖3 焊接接頭試樣應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)后表面宏觀形貌

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化Q245R+N08825鎳基合金管件成型加工工藝，保證了鎳基合金復(fù)合管件的拉伸及彎曲性能指標(biāo)滿足SEI規(guī)定的相關(guān)技術(shù)要求。通過(guò)在鎳基合金管件內(nèi)表面涂刷防護(hù)劑，保證了加熱成型后的鎳合金管件在高H2S/CO2環(huán)境下的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。在介質(zhì)溫度120℃、H2S分壓2.2 MPa、CO2分壓1.1 MPa、溶液介質(zhì)初始pH=3.4的模擬工況下，經(jīng)持續(xù)720 h的四點(diǎn)彎曲抗H2S/CO2應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)后，在易出現(xiàn)應(yīng)力集中的焊縫處未發(fā)現(xiàn)裂紋，表明采用該工藝制造的大直徑鎳基合金復(fù)合管具有較好的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。

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[10]API SPEC 5LD—2009，內(nèi)覆或襯里耐腐蝕合金復(fù)合鋼管規(guī)范[S].

[11]ISO 15156-1—2003，石油和天然氣工業(yè)—石油和天然氣生產(chǎn)中用于含H2S環(huán)境的材料[S].

編輯：黃蔚莉

Study on N08825 Nickel Base Alloy Composite Pipe Fittings Processing Technology and Corrosion Resistance

REN Baojian1,HE Qing1,ZHANG Fufeng1,YUAN Xihai1,XIAO Songjie1,TANG Li2
（1.Zhengzhou Wanda Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 451161,China;2.Materials Branch of Sichuan Huayou Group Co.,Ltd.,Chengdu 610017,China）

TG174.22

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.08.006

任保劍（1979—），男，河南省鄭州人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)槭吞烊粴廨斔陀秒p金屬耐蝕復(fù)合管件和彎管的研發(fā)。

2017-05-11