用于高含硫气田的镍基合金管材服役后局部腐蚀的成因

为了研究镍基合金Incoloy 825(UNS NO8825)管材在高含硫气井井口服役后内表面局部腐蚀坑的形成原因及其服役状况,截取并纵剖服役1年后的带有焊接接头管材进行检查。通过扫描电镜观察了服役后的管体、焊接接头、焊接热影响区和腐蚀晶界横截面的微观形貌,并结合能谱仪对以上区域进行了元素分析。结果表明:(1)服役后Incoloy 825合金管材表面发生了晶间腐蚀且局部腐蚀坑内的晶间腐蚀更为严重,但却未发现硫化物腐蚀产物沉积;(2)焊接热影响区晶粒长大且晶界有析出相,但未发现局部腐蚀;(3)Incoloy 825合金管材内表面发现的点蚀为酸洗钝化处理时过酸洗造成的;(4)在服役过程中,Incoloy 825合金管材和焊接接头腐蚀轻微;(5)虽然过酸洗导致了管材内表面的局部腐蚀,但经酸洗钝化处理后的钝化膜则具有较强的耐蚀能力;(6)服役时的高温高压酸性环境不会对已酸洗钝化的Incoloy 825合金管材造成侵蚀,也不会导致局部腐蚀扩展。     

双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法

目的建立双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,为双金属复合管在高酸性气田现场应用提供依据。 方法针对双金属复合管环焊缝在高酸性环境中的主要腐蚀类型,参考标准Q/SY 06018-2016中冶金复合管直焊缝和堆焊层腐蚀评价内容,确定以晶间腐蚀、抗SCC/SSC性能、点腐蚀、模拟工况腐蚀为评价指标,并通过整管段试验验证评价结果的双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,同时以国产L360/825冶金复合管环焊缝为例对建立的评价方法进行验证。 结果通过使用建立的方法对L360/825双金属复合管环焊缝耐蚀性能进行评价,验证了评价方法有效可靠,评价结果显示L360/825双金属复合管环焊缝具有良好的耐蚀性能。 结论建立的评价方法可以直接应用于高酸性气田用双金属复合管的环焊缝耐蚀性能评价,为双金属复合管的现场应用提供依据。      

X70MS螺旋埋弧焊管的研制

为了开发酸性服役条件下的管线用管,通过对耐酸管硬度控制的研究、X70MS钢级卷板化学成分的设计、焊接材料的合理匹配以及焊接工艺参数的调整,研制出了X70MS钢级Φ711 mm×9.5 mm规格耐酸性埋弧焊管,并对试制钢管进行了化学成分分析、显微组织分析、硬度测试、力学性能检验以及HIC和SSC试验。试验结果显示,焊管管体屈服强度为489～555 MPa、抗拉强度为597～607 MPa,焊缝抗拉强度为667～679 MPa,管体和焊缝硬度均小于250HV10,0 ℃下母材冲击功大于226 J,焊缝单个冲击功大于169 J;母材、焊缝和热影响区裂纹敏感率（CSR）、裂纹长度率（CLR）、裂纹厚度率（CTR）均为零;在72%SMYS、80%SMYS和90%SMYS三种载荷下SSC试样的拉伸面在10倍显微镜下均未发现断裂。试制结果表明,X70MS管材表现出良好的力学性能和耐酸性, 各项性能满足API SPEC 5L标准要求。     

CT80连续油管抗HIC性能试验研究

连续油管服役条件相当恶劣,有时需要在酸性介质中服役,这极大地加速了管材失效。为给CT80连续油管的选择和使用提供参考,对比研究了国产和进口CT80连续油管的抗HIC性能。结果显示,进口连续油管母材和焊缝纵向、横向试样表面均没有氢鼓泡和裂纹,但母材横向试样剖面出现微裂纹;国产连续油管母材和焊缝纵向、横向试样表面均未出现氢鼓泡和裂纹,剖面也未发现裂纹,对HIC不敏感。     

集输管线用抗H2S腐蚀低锰X65MS焊管的开发

为满足含H2S介质油气集输管线用钢管的使用要求,采用w(Mn)=0.25%~0.5%抗H2S腐蚀卷板,通过成型和焊接工艺研究,成功开发出了低锰X65MS钢级HFW/螺旋/直缝抗H2S腐蚀用焊管,并对试制钢管进行了力学性能测试及HIC、SSCC试验。力学性能检测结果显示,HFW/螺旋/直缝焊管0℃下焊缝冲击功均大于80 J,且具有优异的焊缝低温韧性和抗弯性能,管体最高硬度仅239HV10;HIC试验结果显示,3种焊管管体和焊缝的CSR、CLR、CTR均为0;SSCC试验结果显示,3种焊管管体和焊缝试样在分别加载72%Re L和90%Re L载荷下,母材和焊接接头均未出现裂纹或断裂,表现出了良好的抗酸性。研究结果表明,开发的低锰X65MS钢级HFW/螺旋/直缝抗H2S腐蚀用焊管,完全可以在含H2S的油气输送中安全服役。     

L245NS抗硫弯管力学性能及HIC和SSC试验分析

对采用感应加热技术生产的L245NS级Φ406.4 mm×10.31 mm抗硫弯管进行了力学性能、氢致开裂(HIC)及硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验评价,并结合了弯管的微观组织特征分析。结果显示,经890~930℃感应淬火+580~630℃回火空冷后,L245NS弯管强韧性能、HIC试验结果符合标准要求;其中,弯管内、外弧侧管体强度和冲击韧性相对母管均有不同程度的提高;HIC裂纹多形成在贝氏体组织及带状组织周围;在NACE TM 0177—2005试验环境下,L245NS弯管表现出良好的抗SSC性能。     

低Mn高Nb耐酸性X65MSHFW焊管性能研究

为了满足酸性载荷条件下管材能够承受高压、大流量酸性油气输送需要,采用抗酸性能优异的低Mn高Nb热轧板卷,经过优化和控制成型及焊接工艺,开发出耐酸性Ф323.9 mm×9.5 mm HFW焊管。力学性能检测结果表明,试制焊管的性能达到了X70钢级的标准要求,-40℃下焊缝冲击功大于136 J,管环压扁到平板相贴时焊缝区域未见任何裂纹,且管体最高硬度仅229 HV10。HIC腐蚀试验表明,管母和焊接接头表面均无氢鼓泡,剖面裂纹率均为零。SSCC腐蚀试验和沟槽腐蚀试验结果均符合相关要求。可见开发的X65MS耐酸性HFW焊管具有十分优异的抗HIC/SSCC性能和抗沟槽腐蚀性能,可以在含硫化氢的油气输送中安全服役。     

L245NS抗硫化氢腐蚀管材的焊接工艺

新疆哈拉哈塘油田二期产能建设工程地面输气管道含有H2S,为了避免地面输气管道发生硫化物应力腐蚀开裂(SSC)事故,分析了硫化物应力腐蚀开裂的特征及其影响因素,最终选用L245NS作为管道钢。对L245N2管材的焊接工艺及焊缝的力学性能、抗氢致裂纹(HIC)及抗硫化物腐蚀开裂性能(SSC)进行研究。对L245NS管材焊接选用的填充材料、坡口型式、焊接工艺参数、焊接操作、焊后热处理、焊缝质量检验等内容进行了研究。焊缝外观检验、无损检测、焊缝力学性能及抗硫化物应力腐蚀性能试验、抗氢致开裂试验结果表明选用的焊接工艺能够满足设计质量要求。最后通过工程施工的检验,其焊接质量得到了有效验证。     

长输管道钢材在酸性含硫天然气中的硫化物腐蚀裂纹

从冶金和实验介质条件角度出发,在对其实物的试验中,研究了长输管道钢材的硫化物腐蚀裂纹(SCC)问题。SCC可被分作氢诱导裂纹(HIC)和硫化物应力裂纹(SSC)两类。HIC萌生于母体金属与长条夹杂物晶界上,并沿着非均匀的显微组织扩展。由于添加金属元素铜,在酸性低的BP介质中,钢表面形成了铜保护层膜,有效地防止HIC萌生。但是,添加铜在NACE介质中却失去作用。应用钙处理的脱硫钢,亦能防止HIC萌生。为了便于控制轧制钢板,Mn含量选择了最佳值,而且采用淬火—回火工艺,则可在NACE介质中有效地控制HIC的扩展。长输管道钢材的SSC与HIC彼此密切相关,用于控制HIC的措施也能抑制SSC发生。由于SSC产生于最后一道焊缝的热影响区(HAZ)的最硬点,所以环缝焊接头对SSC最敏感。在1.3倍于屈服挠度的应力下,H_2S的分压为1和0.1大气压时,SSC的临界硬度分别为Hv250和Hv280。在模拟现场管线的实物HIC试验中,发现HIC仅在钢管内壁发展。它与室内试验结果相比,平均裂纹长度缩短一半。经环缝焊接产生50公斤/毫米~2的残余拉应力的本身不会引发SSC。     

低Mn高Nb抗酸性X65MS直缝埋弧焊管研制

采用低Mn和Nb-Cr合金化设计理念和超洁净化冶炼技术制造的X65MS抗酸性钢板具有优异的抗HIC腐蚀能力,选用自主研发的Mn-Ni-Mo-Ti-B抗酸焊丝,结合SJ101G焊剂,得到了以细小IAF为主的焊缝组织,有效降低了焊接接头硬度,提高了焊接接头韧性,开发出了低锰高铌X65MS抗酸性直缝埋弧焊管,并对焊管管体和焊缝组织性能进行了研究。研究结果表明,管体和焊缝的维氏硬度均小于250HV10,焊管具有优异低温韧性,-80℃下母材冲击功370J,-80℃焊接接头冲击功116J;按照NACE-0284标准进行HIC试验,采用A溶液,管母和焊接接头表面均未发现氢鼓泡,试样剖面也无裂纹,裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)均为零;按照NACE-0177标准进行SSCC试验,采用A溶液,在90%SMYS应力载荷下,管母和焊接接头均未出现断裂,管材表现出良好的力学性能和抗酸性。     

L415/N08825复合管硫化物应力腐蚀开裂及失重腐蚀研究

为了研究复合管的耐蚀性能,对L415/N08825复合管母材及焊缝在H_2S/CO_2环境中,进行了抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)试验和不同压力下的高温高压失重腐蚀试验研究。720 h硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)试验结果显示,3个试样均未发生断裂,在10倍放大镜下观察所有试样表面均未发现裂纹;不同压力失重腐蚀试验结果显示,L415/N08825复合管复层母材和焊缝试样的平均腐蚀速率较小,试样表面均未观察到明显的腐蚀痕迹。研究结果表明,试验用L415/N08825复合管母材与焊缝耐蚀性良好。     

316L/X60复合板焊接工艺、组织特征及腐蚀性能研究

采用夏比冲击、拉伸、正反弯曲、金相和腐蚀试验研究了316L不锈钢/X60管线钢复合板对接焊缝的性能。结果表明,该冶金复合板对接焊缝强度达到523 MPa,0℃冲击韧性为128 J,其他力学性能也达到相关标准要求;焊缝晶间腐蚀试验和HIC试验均未见裂纹,焊缝对晶间腐蚀和氢致裂纹不敏感;管线钢侧焊缝区组织特征为先共析铁素体+针状铁素体,ER309M不锈钢填充过渡区及复层316L不锈钢侧填充区组织均为奥氏体+铁素体。     

服役速度管柱性能分析

为更好了解气井内服役后速度管柱的性能,起出了某气井内服役3年的速度管柱,分别截取井口位置及井底位置管段,进行了外观、壁厚、金相和力学性能等检测。检测结果表明:该井况下的速度管柱经过3年服役后,管体为均匀腐蚀,焊缝性能无劣化,管样拉伸性能、压扁、扩口、静水压试验仍满足API SPEC 5ST标准要求,管样的疲劳性能也无明显降低。表明在该井况环境下国产速度管柱经过3年服役后,管体性能仍能满足继续服役的要求。     

L360QS管道环焊缝泄漏失效分析

利用力学性能分析、X射线探伤和微观组织分析等研究方法对L360QS管道环焊缝的泄漏原因进行了系统研究和分析。射线检测结果表明相邻未失效环焊缝未发现有超标缺陷;失效环焊缝除开裂部分外,未发现有超标缺陷。理化性能检测结果表明母材及环焊缝符合标准要求。裂纹从环焊缝根焊部位起裂,沿着靠近直管一侧的熔合线扩展,焊缝根焊部位附近有氧化物存在。裂纹由环焊缝根焊部位起裂,向外壁辐射扩展,属于脆性断裂,断口处存在硫化物和氧化物,为H2S应力腐蚀开裂所引起的管道失效。     

X65MS钢级Φ914 mm×19.8 mm耐蚀管线管的开发与生产

为了满足高要求耐蚀管线管的需求,通过优化炼钢工艺,改善钢中夹杂物和中心偏析,合理设定厚板工艺得到均匀的针状铁素体组织,并优化UOE成型和扩径工艺,成功开发并生产了X65MS钢级Φ914 mm×19.8 mm管线管,并对研制的管线钢管进行了理化性能试验及抗HIC和SSC性能试验。试验结果显示,82 ℃时的屈服强度和抗拉强度较常温分别下降25 MPa和32 MPa,屈强比低于0.90;焊缝、熔合线冲击功＞200 J,-20 ℃管体 SA均值为99%;附加UT定位试样缺陷后测得裂纹指标满足CLR≤10%;抗HIC、SSC、SOHIC试验均合格。试验结果表明,通过良好的成分和轧制工艺设计可获得高要求X65MS耐腐蚀管线管。     

Incoloy 825材质管道焊接

结合中国石油大连石化公司300×104t/a渣油加氢脱硫装置Incoloy 825材质管道的焊接施工,介绍了Incoloy 825材质管道的焊接特性及焊接工艺性。系统地阐述了Incoloy 825材质在焊接过程中热裂纹产生的原因及其预防措施。针对Incoloy 825材质焊接特点制定了合理的焊接工艺,通过优化改进焊接工艺方法,有力保证了Incoloy 825材质管道的焊接施工质量。     

苏里格气田集输管道管材的耐蚀性评价

为了更好地了解苏里格气田集输管道所用管材在微含H2S、低含CO2和湿气输送工艺条件下的耐蚀性,对常用的20#、L360、L450钢进行了化学成分测试、腐蚀速率测定和抗H2S腐蚀性能评价。试验结果表明,三种试验钢材的化学成分均符合相关标准要求;在苏里格气田地下水环境下,三种钢材腐蚀等级为中、低级,耐蚀性能为L450>L360>20#,基本满足苏里格气田实际工况下的耐蚀要求;L450管道钢具有良好的抗HIC性能和较好的抗SSC性能,完全满足苏里格气田微含硫腐蚀条件下的适用性要求。     

炼油装置常用的五种材料抗冲蚀规律研究

设计搭建了旋转式冲蚀试验装置,通过电化学方法,研究了NH4HS浓度、多相流温度和氯含量对炼油装置常用的10号碳钢、15CrMo钢、双相钢2205,合金Incoloy825和316L不锈钢抗冲蚀特性规律.利用测试获取的开路电位图和Tafel曲线通过转化计算得到对应转速下的腐蚀速率.对比试验数据可知:10号碳钢和15CrMo钢抗腐蚀能力相对较弱,双相钢2205耐蚀性一般,Incoloy825和316L抗腐蚀能力较好.温度上升、NH4HS浓度增大和氯含量增加,均加剧材料的腐蚀.     

Incoloy825合金＋X65复合管焊接性和焊接工艺

对Incoloy 825合金 X65复合管的焊接性,分别从合金化学成分、力学性能和物理性能进行了分析,并对Incoloy 825合金 X65复合管进行了焊接工艺试验.焊后力学性能检验、模拟腐蚀环境失重试验表明,Incoloy 825合金 x65复合管焊接接头具有良好的性能,可应用于腐蚀性油气田开发中.     

N08825/L450MS复合管焊缝组织性能及抗腐蚀特性研究

为了解决油田严苛服役条件下管材的耐腐蚀问题,采用拉伸试验、夏比冲击试验、DWTT、弯曲试验、硬度测试、金相分析以及晶间腐蚀试验、HIC试验、SSCC试验等方法 ,对Φ610 mm×20.5(3+17.5)mm规格N08825/L450MS双金属复合管焊缝的力学性能、微观组织和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,试验焊缝的各项力学性能均满足相关标准要求;覆层焊缝中心区金相组织呈等轴状树枝晶形态,边缘呈柱状树枝晶形态,均为奥氏体+铁素体;复合管覆层母材和焊缝抗晶间腐蚀和点蚀性能优良,基层母材及焊缝对HIC和SSCC不敏感,可满足含有H2S和CO2等强腐蚀油气介质的集输要求。