李良均,崔成武,蔣 勇,徐 明
(1.四川科宏石油天然氣工程有限公司,成都610213;2.西南石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,成都610500;3.四川大西洋焊接材料股份有限公司,四川自貢643010;4.中國(guó)五冶集團(tuán)公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司,成都610000)
L415/N08825復(fù)合管硫化物應(yīng)力腐蝕開裂及失重腐蝕研究
李良均1,崔成武2,蔣 勇3,徐 明4
(1.四川科宏石油天然氣工程有限公司,成都610213;2.西南石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,成都610500;3.四川大西洋焊接材料股份有限公司,四川自貢643010;4.中國(guó)五冶集團(tuán)公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司,成都610000)
為了研究復(fù)合管的耐蝕性能,對(duì)L415/N08825復(fù)合管母材及焊縫在H2S/CO2環(huán)境中,進(jìn)行了抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)試驗(yàn)和不同壓力下的高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)研究。720 h硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)試驗(yàn)結(jié)果顯示,3個(gè)試樣均未發(fā)生斷裂,在10倍放大鏡下觀察所有試樣表面均未發(fā)現(xiàn)裂紋;不同壓力失重腐蝕試驗(yàn)結(jié)果顯示,L415/N08825復(fù)合管復(fù)層母材和焊縫試樣的平均腐蝕速率較小,試樣表面均未觀察到明顯的腐蝕痕跡。研究結(jié)果表明,試驗(yàn)用L415/N08825復(fù)合管母材與焊縫耐蝕性良好。
焊縫;L415/N08825;復(fù)合管;SSCC;失重腐蝕
Abstract:In order to study the corrosion resistance of the clad pipe,it carried out the sulfide stress corrosion cracking(SSCC)test for L415/N08825 clad pipe base metal and weld under H2S/CO2environment,and conducted high temperature and high pressure weightlessness corrosion test research under different pressure.720 h SSCC test result indicated that no fracture appeared in three samples,all specimens were observed under the 10 times magnifying glass,no surface cracks be founded;test results of weightlessness corrosion under different pressure indicated that the average corrosion rate of L415/N08825 clad pipe base metal and weld was small,obvious corrosion traces were not be observed.The research results showed that the corrosion resistance performance of experimental L415/N08825 clad pipe base metal and weld is good.
Key words:weld;L415/N08825;clad pipe;SSCC;weightlessness corrosion
在高含H2S和CO2等酸性介質(zhì)的油氣儲(chǔ)運(yùn)中,介質(zhì)腐蝕與高壓環(huán)境等易導(dǎo)致油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備失效速率加快,使用壽命下降,甚至引起管道泄漏。使用耐蝕合金復(fù)合管是解決上述腐蝕問題相對(duì)安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一[1-4]。
復(fù)合管耐蝕基材焊接后易出現(xiàn)成分組織不均勻及晶粒粗大等缺陷,易導(dǎo)致耐蝕性降低[5-6]。因此,需要進(jìn)行復(fù)合管基材及焊縫的耐蝕性研究。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)試驗(yàn)和失重腐蝕試驗(yàn)是研究?jī)?chǔ)運(yùn)設(shè)備耐蝕性能的有效途徑[7-10]。筆者以L415/N08825鎳基合金復(fù)合管母材及焊縫為對(duì)象,在H2S/CO2環(huán)境中進(jìn)行了SSCC試驗(yàn)及不同壓力下的失重腐蝕試驗(yàn)研究。
試驗(yàn)采用L415/N08825雙金屬?gòu)?fù)合管,其化學(xué)成分見表1。復(fù)層采用GMAW焊接方法,填充材料為ERNiCrMo-3;基層采用SMAW+SAW焊接方法,填充材料為H08D。
表1 L415/N08825雙金屬?gòu)?fù)合管化學(xué)成分
對(duì)N08825母材及焊縫進(jìn)行SSCC試驗(yàn),采用四點(diǎn)彎曲試樣,尺寸為67.3 mm×4.57 mm×1.52 mm,加載方式如圖1所示。加載位移依據(jù)ISO 7539-2:1989標(biāo)準(zhǔn),由公式(1)計(jì)算為
式中:σ—最大張應(yīng)力,即加載應(yīng)力;
E—彈性模量;
t—試樣厚度;
y—外支點(diǎn)間的最大撓度即加載位移;
H—外支點(diǎn)間的距離;
A—內(nèi)外支點(diǎn)間的距離。
試驗(yàn)前,將試樣清洗、除油、冷風(fēng)吹干后測(cè)量尺寸。根據(jù)公式計(jì)算出加載位移和加載應(yīng)力,放入高壓釜內(nèi)腐蝕介質(zhì)中,用高純氮?dú)獬? h,升溫到預(yù)定溫度后通入CO2/H2S到預(yù)定壓力。N08825鎳基合金母材和焊縫抗SSCC性能檢測(cè)模擬試驗(yàn)條件見表2。加載應(yīng)力分別為456 MPa(100%母材最小屈服強(qiáng)度)和453 MPa(100%焊縫最小屈服強(qiáng)度)。
圖1 四點(diǎn)彎曲夾具加載試樣示意圖
表2 抗SSCC性能檢測(cè)模擬試驗(yàn)條件
進(jìn)行高溫高壓失重掛片試驗(yàn)時(shí),母材和焊縫的試樣尺寸分別為30 mm×20 mm×2 mm和30 mm×10 mm×2 mm。試驗(yàn)前,將試樣分別用 320#、600#、800#、1200#砂紙打磨;試樣清洗、除油、冷風(fēng)吹干后測(cè)量尺寸并稱重,然后將試樣相互絕緣安裝在特制的試驗(yàn)架上,放入高壓釜內(nèi)腐蝕介質(zhì)中;用高純氮?dú)獬? h,升溫到預(yù)定溫度通入CO2/H2S到預(yù)定壓力。試驗(yàn)結(jié)束后,用蒸餾水沖洗試樣表面去除腐蝕介質(zhì),無(wú)水酒精除水后冷風(fēng)吹干,用定性濾紙包起,放入干燥皿待用。
清洗液根據(jù)JB/T 7901—2001《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》配制。成分為鹽酸(ρ=1.19 g/cm3)500 mL,加蒸餾水至 1 000 mL。清洗后的試樣立即在自來(lái)水中沖洗,并在飽和碳酸氫鈉溶液中浸泡約2~3 min進(jìn)行中和處理,然后用自來(lái)水沖洗并用濾紙吸干置于無(wú)水酒精中浸泡3~5 min脫水,冷風(fēng)吹干,用BS124S電子天平(精度0.1 mg)對(duì)試樣進(jìn)行稱重并計(jì)算其失重腐蝕速率。
均勻腐蝕速率的計(jì)算公式為
式中:vcorr—均勻腐蝕速率,mm/a;
Δg—試樣失重,g;
γ—材料比重,g/cm3;
t—試驗(yàn)時(shí)間,d;
S—試樣表面積,mm2。
選取4組不同總壓進(jìn)行試驗(yàn),N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)條件見表3。利用掃描電子顯微鏡(Zeiss EVO MA15)對(duì)腐蝕試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行表面形貌分析。
表3 不同總壓下N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)條件
圖2 N08825鎳基合金SSCC試驗(yàn)后試樣表面宏觀形貌
表4 N08825鎳基合金SSCC試驗(yàn)結(jié)果
不同總壓下,試驗(yàn)后復(fù)合管N08825鎳基合金母材和焊縫的均勻腐蝕速率計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可見,在不同H2S和CO2分壓條件下,母材和焊縫的平均腐蝕速率都很小。相同試驗(yàn)壓力下焊縫均勻腐蝕速率小于母材,且均勻腐蝕速率隨著試驗(yàn)壓力減小而降低,不同總壓下N08825鎳基合金母材和焊縫的均勻腐蝕速率變化情況如圖3所示。焊縫因含有較母材更多的耐蝕元素(Ni、Mo、Cr等),均勻腐蝕速率幾乎為零,耐蝕性能優(yōu)于母材。
表5 不同壓力下N08825鎳基合金的均勻腐蝕速率計(jì)算結(jié)果
圖3 不同總壓下N08825鎳基合金均勻腐蝕速率變化曲線
不同總壓下N08825鎳基合金母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)后,清洗前試樣的表面形貌如圖4~圖7所示。由圖4~圖7可以看出,在不同H2S和CO2分壓下,母材和焊縫試樣表面均呈金屬光澤,沒有明顯的腐蝕跡象。在500倍掃描電鏡下觀察,試樣表面沒有觀察到明顯的腐蝕跡象。
圖4 總壓力15 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗前)
圖5 總壓力10 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗前)
圖6 總壓力8 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗前)
圖7 總壓力5 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗前)
不同總壓力下的N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)后,清洗前試樣表面EDS分析結(jié)果見表6。由表6可見,焊縫中Cr、Ni和Mo含量均高于母材,其耐蝕性良好。
將高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)試樣清洗后,其表面形貌及掃描電鏡照片如圖8~圖11所示。由圖8~圖11可以看出,腐蝕環(huán)境未造成母材和焊縫試樣明顯腐蝕,母材與焊縫的耐高溫高壓腐蝕性能良好。
圖8 總壓力15 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗后)
圖9 總壓力10 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗后)
圖10 總壓力8 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗后)
圖11 總壓力5 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌(清洗后)
(1)在失重模擬環(huán)境、不同壓力試驗(yàn)條件下,N08825鎳基合金母材和焊縫的平均腐蝕速率都很小,試樣表面宏觀和微觀都觀察不到明顯的腐蝕跡象。
[1]李發(fā)根,魏斌,邵曉東,等.高腐蝕性油氣田用雙金屬?gòu)?fù)合管[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2010,29(5):359-362.
[2]路民旭,白真權(quán),趙新偉,等.油氣采集儲(chǔ)運(yùn)中的腐蝕現(xiàn)狀及典型案例[J].腐蝕與防護(hù),2002,23(3):105-113.
[3]李發(fā)根,魏斌,邵曉東,等.雙金屬?gòu)?fù)合管技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2011(1):86-88.
[4]曾德智,杜清松,谷壇,等.雙金屬?gòu)?fù)合管防腐技術(shù)研究進(jìn)展[J].油氣田地面工程,2008,27(12):64-65.
[5]楊旭.Incoloy 825合金+X65復(fù)合管焊接性和焊接工藝[J].焊管,2008,31(5):33-35.
[6]朱麗霞,何小東,仝珂,等.L360QB/316L復(fù)合管電弧焊環(huán)焊縫接頭組織性能研究[J].熱加工工藝,2013,42(5):188-190.
[7]李循跡,李巖,周理志,等.316L鋼內(nèi)襯復(fù)合管焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能[J].腐蝕與防護(hù),2016,37(2):151-155.
[8]吳星東,謝樹軍.F65/316L與X65/Inconel625復(fù)合管焊接接頭耐腐蝕性能研究[J].機(jī)械制造文摘―焊接分冊(cè),2013(6):17-21.
[9]畢宗岳,張建勛,張峰,等.酸性介質(zhì)用大口徑2205/Q235雙相不銹鋼復(fù)合管[J].腐蝕與防護(hù),2010(5):349-352.
[10]虞毅,徐連勇,韓永典,等.溫度對(duì)X65/316L機(jī)械復(fù)合管焊接接頭 CO2腐蝕的影響[J].焊接技術(shù),2011,40(5):9-12.
Study on Sulfide Stress Corrosion Cracking and Weight Loss Corrosion of L415/N08825 Clad Pipe
LI Liangjun1, CUI Chengwu2, JIANG Yong3, XU Ming4
(1.Sichuan Kehong Oil&Gas Engineering Co.,Ltd.,Chengdu 610213,China;2.School of Materials Science and Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;3.Atlantic China Welding Consumables Co.,Ltd.,Zigong 643010,Sichuan,China;4.Steel Structure Project Branch Company of MCC5 Group Corp.,Ltd.,Chengdu 610000,China)
TG113.232
A
10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.02.002
2016-10-31
編輯:李紅麗
李良均(1965―),男,重慶人,工學(xué)學(xué)士,主要從
事油氣地面建設(shè)與儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)及技術(shù)管理和研究工作。