20钢在H2S溶液中的应力腐蚀开裂行为研究

采用电化学极化、慢应变拉伸、外加极化电位等方法对20钢在饱和H2S溶液中的应力腐蚀及其预防措施进行了研究.研究结果表明,20钢在饱和H2S水溶液中具有很高的应力腐蚀敏感性;在饱和H2S水溶液中对20钢进行适当的阳极或阴极极化均可降低20钢的应力腐蚀开裂敏感性,但阳极极化效果最为明显;在饱和H2S水溶液中添加咪唑啉缓蚀剂、硫脲-吡啶复配缓蚀剂都能显著降低20钢的应力腐蚀开裂敏感性.     

Q345R钢焊接热影响区在碳酸钠和硫化氢混合介质中的应力腐蚀行为

以往对Q345R钢焊接热影响区在碳酸盐和硫化氢混合介质中的应力腐蚀开裂行为研究不多。针对石油化工行业的CO2-H2S-H2O典型腐蚀环境中Q345R钢应力腐蚀失效造成的重大事故,通过慢应变速率试验(SSRT)和楔形张开加载(WOL)预裂纹应力腐蚀试验研究了Q345R钢热影响区在Na2CO3和H2S混合环境中的应力腐蚀行为。结果表明:在Na2CO3+H2S复杂介质环境中,Q345R钢热影响部位应力腐蚀敏感性较低,其断口呈现韧性断裂形貌,WOL裂纹扩展速率较低,应力强度因子KI值基本不变,应力腐蚀倾向不明显。     

低Cr耐蚀管材的国内外研究进展

低Cr耐蚀管材在冶炼过程中加入少量的Cr和微量合金元素,在成本增加很少的情况下具有良好的抗CO2及H2S腐蚀性能.综述了国内外低Cr耐蚀油套管、集输管线材料的研究现状,详细介绍了低Cr钢抗CO2/H2S均匀腐蚀、局部腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的性能及影响因素,同时介绍了低Cr钢对缓蚀剂缓蚀效率的影响及使用的经济性,指出了国内研制开发的低Cr耐蚀管材与国外的差距及需要采取的措施,并展望了其在国内油气田的应用前景及发展方向.     

低Cr钢在H_2S/CO_2环境中的腐蚀行为研究

运用腐蚀失重和电化学测量技术,研究普通低Cr油套管用钢在模拟塔里木油田环境的H2S/CO2腐蚀行为.结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,Cr元素在腐蚀产物膜中的富集显著改善了膜的保护性,低Cr钢表现出良好的抗CO2均匀腐蚀和局部腐蚀能力;在模拟CO2/H2S腐蚀条件下,H2S腐蚀占主导作用,其均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境中的均匀腐蚀速率;低Cr材料H2S腐蚀的阳极极化曲线存在较为明显的钝化区,交流阻抗图谱(EIS)拟合的H2S腐蚀极化电阻远大于CO2腐蚀极化电阻.     

Cl~-浓度对超级13Cr油管钢应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率拉伸(SSRT)应力腐蚀开裂(SCC)的实验方法,通过应力应变(σ-ε)曲线、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)等手段分析了超级13Cr油管钢在NaCl溶液中的抗拉强度、延伸率、断裂时间、应力腐蚀开裂敏感性指数(kscc)和断口形貌,研究了Cl-浓度对其应力腐蚀开裂行为的影响。结果显示:当NaCl溶液浓度低于15%时,超级13Cr油管钢应力腐蚀的程度较轻,抗应力腐蚀开裂性能较好;而当NaCl溶液浓度大于25%时,其应力腐蚀的程度严重,抗应力腐蚀开裂性能较差;随溶液Cl-浓度的增大,超级13Cr油管钢的力学性能降低、抗SCC性能降低、应力腐蚀开裂的倾向增大、应力腐蚀开裂敏感性指数kσ和kε均呈现增大的趋势,且kε比kσ增大的趋势更明显;Cl-浓度对超级13Cr油管钢塑性的影响比对其抗拉强度的影响更显著。     

耐蚀油套管管材的国内外研究现状

世界油气田中大约1/2含有H2S和CO2气体,针对CO2/H2S腐蚀所采取最安全的防护措施是使用耐蚀油套管材料。本文综述了国内外抗腐蚀油套管管材的研究现状,详细介绍了低碳钢、低合金钢、低碳3-5wt.%Cr钢、13Cr和超级13Cr不锈钢的冶金成分、组织结构及抗CO2/H2S腐蚀,特别是抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的性能。指出了耐蚀油套管管材在CO2/H2S油气田应用的不足之处及在以后研发过程中有待解决的问题。     

模拟塔里木油田环境5Cr套管用钢的H_2S/CO_2腐蚀行为

运用腐蚀失重和电化学测量技术,研究5Cr套管用钢在模拟塔里木油田环境的H2S/CO2腐蚀行为。结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,由于Cr元素在腐蚀产物膜中的富集显著改善了膜的保护性,5Cr钢表现出良好的抗CO2均匀腐蚀和局部腐蚀能力;在模拟CO2/H2S腐蚀条件下,H2S腐蚀占主导作用,其均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境中的均匀腐蚀速率;5Cr钢H2S腐蚀的阳极极化曲线存在较为明显的钝化区,交流阻抗图谱(EIS)拟合的H2S腐蚀极化电阻远大于CO2腐蚀极化电阻。     

酸性溶液中抽油杆用9Cr钢与20CrMo钢的腐蚀及力学性能对比

为了提供新型抽油杆用钢材料,以缓解目前高强度和新型超高强度抽油杆用钢材料耐蚀性不足的状况,制备了新型9Cr钢,其采用低C,Mn,S,P高Cr设计,经低温回火获得了远高于现有20Cr Mo抽油杆用钢的常规拉伸强度以及与其相近的塑性。通过全浸试验和慢应变速率拉伸试验对比研究了抽油杆用9Cr钢与20Cr Mo钢在酸性溶液中的耐蚀性。结果表明:在NACE溶液(p H=2.7)中浸泡时,9Cr的耐蚀性高于20Cr Mo,9Cr钢在整个浸泡试验阶段腐蚀速率保持稳定,而20Cr Mo钢浸泡初期的腐蚀速率与9Cr钢相当,随着浸泡时间的延长,其腐蚀速率不断增加,明显高于9Cr钢;在饱和H2S溶液中,9Cr钢的慢应变速率拉伸强度和拉断时间均大于20Cr Mo钢,但其断面收缩率显著小于20Cr Mo钢,表现为明显的脆性断裂,抗硫化氢应力腐蚀开裂性能较差。     

0Cr18Ni5和AF1410高强度钢的腐蚀行为研究

采用失重法和XRD法研究了0Cr18Ni5钢和AF1410钢在中性盐雾环境中的耐蚀性能.结果发现0Cr18Ni5钢由于高含量的Cr元素而只发生了轻微的点蚀,而AF1410钢则发生了严重的全面腐蚀,腐蚀产物主要由FeOOH和Fe3O4组成.采用恒载荷应力腐蚀拉伸和剩余力学性能测试法,并结合SEM断口形貌分析,研究了两种高强钢在3.5% NaCl(质量分数)水溶液中应力腐蚀行为.结果表明,0Cr18Ni5钢和AF1410钢在该环境中都表现出应力腐蚀敏感性.最后,结合实验结果提出了一种简易快速评价材料抗应力腐蚀性能的方法.     

TP110SS和P110钢在酸性NaCl溶液中的腐蚀行为

高含硫化氢和二氧化碳气井生产过程中油套管的腐蚀严重影响油气井安全生产.采用挂片试验和电化学技术研究了TP110SS和P110钢分别在H2S、CO2,H2S+ CO2饱和的5％NaCl溶液中的腐蚀行为,并采用扫描电镜观察腐蚀形貌.结果表明:2种钢在H2S饱和的5％NaCl溶液中的腐蚀最为严重,在CO2饱和时的腐蚀速率最低,在H2S及H2S +CO2饱和时的腐蚀以H2S腐蚀为主,且属典型的阳极溶解型腐蚀;2种钢在H2S饱和条件下的腐蚀产物比CO2饱和条件下的腐蚀产物膜更为蓬松、多孔,与基体的结合度也较差,易脱落,局部腐蚀形貌显著.     

某液化气球罐下排污管法兰断裂分析

分析了650M^3液化气球罐下排污管法兰的断裂原因。分析结果表明，法兰断裂是由液化气中的H2S所引起的应力腐蚀开裂。法兰材料使用错误而导致焊接接头的热处理工艺不恰当，导致产生异常的组织及硬度高达50HRC的热影响区，加速了法兰的断裂。     

H2S薄层液膜下16Mn钢腐蚀的电化学研究

利用自行设计的测量金属在薄层液膜下腐蚀的三电极电化学电池,通过极化曲线和交流阻抗技术(EIS)研究了16Mn钢在含H2S薄层液膜下的电化学行为,并与之在大量H2S电解质溶液中的电化学行为进行了比较.结果表明:H2S促进了16Mn钢腐蚀的阴阳极过程;随着H2S浓度的升高,16Mn钢的自腐蚀电位(Ecorr)正移,腐蚀速率逐渐增加,但C(H2S)＞2 mmol/L后腐蚀速率不再增加;随薄层液膜酸度增加,Ecorr负移,自腐蚀电流(Jcorr)增大,但pH＜4.4后腐蚀速度与酸度无关.16Mn钢在H2S薄层液膜下与在全浸状态下的腐蚀机理可能不同.     

Relationship between the Brittlement Susceptibility and H Permeation Current for UNS G11180 Steel in 5% NaCl Solution with H_2S

Sulfide stress corrosion cracking (SSCC) behaviour of UNS G11180 steel in 5% NaCl solution with H2S was studied by slow strain rate tensile test (SSRT), SEM and electrochemical hydro gen permeation technique. The results reveal different cracking mechanism and H permeation current (IH) through UNS G11180 steel plate in different concentration of H2S solution. The susceptibility to SSCC of UNS G11180 Steel in 5% NaCl solution with H2S was evaluated by the permeation current(IH, μA), which depends on the concentration (c×10-6) of H2S by the equation:IH = 8.525 ×c0.7249. lt is proved that the electrochemical H permeation method is a practical way to assess the susceptibility to SSCC.     

高温高压酸性气井油套管钢在超临界CO_2环境下的腐蚀行为

高温高压酸性气井腐蚀环境恶劣,油套管腐蚀、变形、破损等事故频繁发生,严重影响气井安全生产。为了解掌握油套管钢的腐蚀类型、严重程度及耐蚀性能,利用高温高压反应釜在模拟井底实际工况条件下研究了J55、N80、P110、13Cr、S13Cr 5种油套管材质的抗CO_2腐蚀性能,运用失重法、扫描电镜(SEM)和能谱分析等技术,重点分析了腐蚀速率、腐蚀产物膜形貌和腐蚀产物膜成分。结果表明:在本试验测试范围内,J55、N80、P110钢在90℃时腐蚀速率为最大,然后随温度升高而降低,属于极严重腐蚀;13Cr、S13Cr钢的腐蚀速率随温度的升高不断增大,在150℃达到最大值;5种材料的平均腐蚀速率随CO_2分压的增大呈先上升后下降的趋势;碳钢材质腐蚀类型主要为均匀腐蚀+局部腐蚀,含Cr钢材质腐蚀类型主要为均匀腐蚀;碳钢CO_2腐蚀产物膜主要成分为FeCO_3,同时夹杂有少量的Fe_3C和铁的氧化物或铁单质;13Cr和S13Cr钢CO_2腐蚀产物膜的主要成分为晶态FeCO_3和非晶态的Cr(OH)_3,此外,还含有少量的Fe或Cr的氧化物、碳化物和单质Fe等。     

碱液输储装置用12Cr13钢的热浓碱液腐蚀行为

目前对12Cr13钢在碱液中的腐蚀行为未见研究报道.采用浸泡试验通过调整流速、碱液浓度、浸泡时间等参数研究了12Cr13钢在热浓碱液中的腐蚀行为,以明确不同因素影响碱液腐蚀的规律及碱液腐蚀机理.结果表明:试验范围内12Cr13钢静态下的腐蚀速率大于动态下的,流速增大加速了试样的腐蚀及钝化膜的修复,促进了材料表面钝化膜的生成,降低了腐蚀速率.碱液浓度低(0～20％)时12Cr13钢以钝化为主,腐蚀速率较低,碱液浓度高(＞20％)时由于过钝化溶解,使腐蚀速率显著增大;在45％碱液中12Cr13钢经历着钝化膜的生成、过钝化溶解及钝化膜的修复过程,腐蚀速率随时间增大呈先增大后降低趋势,浸泡7d出现最大腐蚀速率;动态条件下这些过程被加速,腐蚀速率减小,约是静态下的1/2.     

含H2S的NaCl溶液中溶解氧对PH13-8Mo钢腐蚀性能的影响

为研究新型马氏体沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo在含饱和H_2S的NaCl溶液中的腐蚀行为,利用极化曲线、电化学阻抗谱等电化学测试和浸泡实验相结合的方法,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱分析技术(XPS),观察了该高强钢在含H_2S的除氧和不除氧的NaCl溶液中的腐蚀形貌,并对其腐蚀产物的成分进行了分析.结果表明:在除氧的NaCl溶液中,阳极极化曲线的形状发生了明显的变化,电化学阻抗谱的容抗弧的幅值也较未除氧的溶液中变小;在除氧的NaCl溶液中浸泡7 d后,由于H_2S水解后的S~(2-)或HS~-离子侵入到钝化膜的内部,并与钝化膜或金属基体发生反应,使得试样表面发生全面腐蚀,腐蚀产物主要为Fe、Cr、Ni、Mo的氧化物和硫化物;而在未除氧的NaCl溶液中浸泡后,试样表面仅发生局部腐蚀.     

Cl~-,CO_2和微量H_2S共存时13Cr不锈钢的腐蚀性能

通过高温高压釜模拟油气田现场环境,采用扫描电镜、能谱和X射线衍射方法对油气田现场水样腐蚀后1Cr13和OCr13两种钢的表面形貌及成分进行了分析,对比研究了Cl~-,CO_2和微量H_2S共存时在气、液两相中的耐蚀性能。结果表明:1Cr13和0Cr13钢在气、液两相中的平均腐蚀速率均较小,但均有不同程度的点蚀发生,且0Cr13钢点蚀比1Cr13钢点蚀严重;1Cr13和0Cr13钢主要靠钝化膜中铬的化合物降低腐蚀速率。并探讨了影响不锈钢耐蚀性能的因素,包括化学成分、夹杂、晶粒度、显微组织和腐蚀介质,并采用金相分析法进行了验证。     

S135钻杆断裂原因分析

通过化学成分分析、力学性能测试、显微组织分析等手段对某断裂失效的S135钻杆进行了材质理化检验;采用SEM和EDS分别对断口形貌及表面腐蚀产物成分进行了分析。结果表明：该钻杆的材料性能符合APISpecSD规范要求,钻杆断裂的主要原因是硫化氢应力腐蚀开裂,并伴有一定程度的二氧化碳腐蚀。     

Acoustic emission characterization of steel in H2S solution subjected to tensile load

Abstract

This paper investigates the characteristics of acoustic emission (AE) signals generated from hydrogen induced cracking (HIC) and sulfide stress corrosion cracking (SSCC) for a medium strength steel in hydrogen sulfide (H₂S) solution. The experiments performed in this study include the constant load test (CLT) and the constant extension rate test (CERT).

From the results of the CLT, the AE count rate caused by SSCC was found to be much higher than that resulted from the HIC; and the increase of the AE count rate was observed to be approximately proportional to the increase of the applied loading. In addition, the AE frequency distribution diagrams obtained from these tests were found to contain potential information for distinguishing the mechanisms of HIC and SSCC. From the results of CERT, the AE signals detected from the specimens tested in the H₂S solution were compared with those obtained from the specimens tested in the air. In addition, the AE count rate detected from the tensile specimens was studied according to the different deformation stages of the specimens. From this study, the variation of the AE count rate in each deformation stage was described.