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2015年7月20日新知識:精密無縫鋼管材料的抗氫致裂紋(HIC)

隨著石油和天然氣開采的日益深入，開采條件復(fù)雜且處于含硫環(huán)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(nèi)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(chǎn)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(jù)ISO3183標準，采用浸入法，在實驗室冶煉7爐1 t鋼錠，經(jīng)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(guī)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(zhì)因素

1） pH值。大量的研究結(jié)果表明，在pH為1～6的范圍內(nèi)，氫鼓泡的敏感性隨pH的增加而降低，當pH＞6時，則不發(fā)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(nèi)，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(yīng)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(xué)成分的影響
在實驗室冶煉了一輪根據(jù)不同級別設(shè)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(jié)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(chǎn)物在鋼的表面形成了保護膜，抑制了表面的腐蝕反應(yīng)，從而降低氫的逸出，減少了氫從環(huán)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(jié)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(chǎn)生效果。