上海申弘閥門有限公司
試驗(yàn)材料：試驗(yàn)材質(zhì)是ASTM – 630，它是一般的化學(xué)成分。物料的固溶化工藝是(1020～1060) ℃ ×1h,油冷。時(shí)效的溫度是480、550及620℃，時(shí)效的時(shí)間是4消失，空冷。
試驗(yàn)辦法：金屬630材料的耐硫化氫腐蝕開裂試驗(yàn)根據(jù)GB4157 – 2006實(shí)行。試驗(yàn)是在正常的溫度和正常壓下,，把承擔(dān)拉伸應(yīng)力的試樣浸入通過酸化且以硫化氫飽和的氯化鈉水溶液里, 是取得硫化氫腐蝕開裂數(shù)據(jù),，把外增應(yīng)力添至屈服強(qiáng)度的70%、75%、80%、85%、90%、95%和99%， 檢測(cè)試樣的開裂時(shí)間, 直至720h試樣不出現(xiàn)開裂的大應(yīng)力為止。
試樣：試樣作業(yè)段的長(zhǎng)度是25.4毫米, 直徑是<6135 ±0.13mm。拉伸試驗(yàn)運(yùn)用恒載荷裝備W PM 在液力測(cè)壓計(jì)下可以保持持定壓力的靜重力試驗(yàn)機(jī)上實(shí)行。試驗(yàn)里一定得確保試樣和任一接觸試驗(yàn)溶液的別樣金屬電絕緣。試樣四周的封閉為電絕緣與氣密的。
試驗(yàn)金屬閥桿630材質(zhì)在硫化氫條件下, 要實(shí)行固溶化和時(shí)效處理。固溶化處理是1040 ±10℃ ×1h,水冷。時(shí)效處理是620 ±10℃ ×4h, 空冷。固溶化和時(shí)效處理之后的物料, 取得在高溫和硫化氫條件下, 較大的強(qiáng)度、韌性及抗腐蝕性。經(jīng)過給定的硫化氫飽和的氯化鈉水溶液里的腐蝕拉伸試驗(yàn),，取得金屬630材質(zhì)耐硫化氫腐蝕斷裂數(shù)據(jù), 進(jìn)而確認(rèn)此材質(zhì)可以在硫化氫條件下運(yùn)用
硫化氫腐蝕的影響因素
1.材料因素
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在油氣田開發(fā)過程中鉆柱可能發(fā)生的腐蝕類型中，以硫化氫腐蝕時(shí)材料因素的影響作用為顯著，材料因素中影響鋼材抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能的主要有材料的顯微組織、強(qiáng)度、硬度以及合金元素等等。
⑴ 顯微組織
對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性按下述順序升高:
鐵素體中球狀碳化物組織→*淬火和回火組織→正火和回火組織→正火后組織→淬火后未回火的馬氏體組織。
注：馬氏體對(duì)硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂和氫致開裂非常敏感，但在其含量較少時(shí)，敏感性相對(duì)較小，隨著含量的增多，敏感性增大。
(2) 強(qiáng)度和硬度
隨屈服強(qiáng)度的升高，臨界應(yīng)力和屈服強(qiáng)度的比值下降，即應(yīng)力腐蝕敏感性增加。
材料硬度的提高，對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性提高。材料的斷裂大多出現(xiàn)在硬度大于HRC22（相當(dāng)于HB200）的情況下，因此，通常HRC22可作為判斷鉆柱材料是否適合于含硫油氣井鉆探的標(biāo)準(zhǔn)。
油氣開采及加工工業(yè)對(duì)不昂貴的、可焊性好的鋼材的需要，基本上決定了研究的工作方向就是優(yōu)先研制抗硫化物腐蝕開裂的低合金高強(qiáng)度鋼。
⑶ 合金元素及熱處理
有害元素：Ni、Mn、S、P; 有利元素：Cr、Ti
碳（C）：增加鋼中碳的含量，會(huì)提高鋼在硫化物中的應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性。
鎳（Ni）：提高低合金鋼的鎳含量，會(huì)降低它在含硫化氫溶液中對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的抵抗力。原因是鎳含量的增加，可能形成馬氏體相。所以鎳在鋼中的含量，即使其硬度HRC＜22時(shí), 也不應(yīng)該超過1％。含鎳鋼之所以有較大的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，是因?yàn)殒噷?duì)陰極過程的進(jìn)行有較大的影響。在含鎳鋼中可以觀察到低的陰極過電位，其結(jié)果是鋼對(duì)氫的吸留作用加強(qiáng),導(dǎo)致金屬應(yīng)力腐蝕開裂的傾向性提高。
鉻(Cr)：一般認(rèn)為在含硫化氫溶液中使用的鋼，含鉻0.5％～13％是*可行的，因?yàn)樗鼈冊(cè)跓崽幚砗罂傻玫椒€(wěn)定的組織。不論鉻含量如何，被試驗(yàn)鋼的穩(wěn)定性未發(fā)現(xiàn)有差異。也有的文獻(xiàn)作者認(rèn)為，含鉻量高時(shí)是有利的，認(rèn)為鉻的存在使鋼容易鈍化。但應(yīng)當(dāng)指出的是，這種效果只有在鉻的含量大于11％時(shí)才能出現(xiàn)。
鉬(Mo)：鉬含量≤3％時(shí)，對(duì)鋼在硫化氫介質(zhì)中的承載能力的影響不大。
鈦(Ti)：鈦對(duì)低合金鋼應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的影響也類似于鉬。試驗(yàn)證明，在硫化氫介質(zhì)中，含碳量低的鋼(0.04％)加入鈦(0.09％Ti)，對(duì)其穩(wěn)定性有一定的改善作用。
錳(Mn)：錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開裂過程的作用十分重要。當(dāng)偏析區(qū)Mn、C含量一旦達(dá)到一定比例時(shí)，在鋼材生產(chǎn)和設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生出馬氏體／貝氏體高強(qiáng)度、低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對(duì)設(shè)備抗SSCC是不利的。對(duì)于碳鋼一般限制錳含量小于1.6%。少量的Mn能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤蚧镄问脚懦?，同時(shí)鋼在脫氧時(shí)，使用少量的錳后，也會(huì)形成良好的脫氧組織而起積極作用。在石油工業(yè)中是制造油管和套管大都采用含錳量較高的鋼，如我國(guó)的36Mn2Si鋼。(提高硬度)
硫（S）：硫?qū)︿摰膽?yīng)力腐蝕開裂穩(wěn)定性是有害的。隨著硫含量的增加，鋼的穩(wěn)定性急劇惡化，主要原因是硫化物夾雜是氫的積聚點(diǎn)，使金屬形成有缺陷的組織。同時(shí)硫也是吸附氫的促進(jìn)劑。因此，非金屬夾雜物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高鋼（特別是高強(qiáng)度鋼）在引起金屬增氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。
磷（P）：除了形成可引起鋼紅脆（熱脆）和塑性降低的易熔共晶夾雜物外，還對(duì)氫原子重新組合過程（Had + Had → H2↑）起抑制作用，使金屬增氫效果增加，從而也就會(huì)降低鋼在酸性的、含硫化氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。
⑷ 冷加工
經(jīng)冷軋制、冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及機(jī)械咬傷等產(chǎn)生的冷變形，不僅使冷變形區(qū)的硬度增大，而且還產(chǎn)生一個(gè)很大的殘余應(yīng)力，有時(shí)可高達(dá)鋼材的屈服強(qiáng)度，從而導(dǎo)致對(duì)SSCC敏感。一般說來鋼材隨著冷加工量的增加，硬度增大，SSCC的敏感性增強(qiáng)。
2. 環(huán)境因素的影響
⑴ 硫化氫濃度
從對(duì)鋼材陽極過程產(chǎn)物的形成來看，硫化氫濃度越高，鋼材的失重速度也越快。
對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的影響
高強(qiáng)度鋼即使在溶液中硫化氫濃度很低（體積分?jǐn)?shù)為1×10-3mL/L）的情況下仍能引起破壞，硫化氫體積分?jǐn)?shù)為5×10-2～6×10-1 mL/L時(shí)，能在很短的時(shí)間內(nèi)引起高強(qiáng)度鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕破壞，但這時(shí)硫化氫的濃度對(duì)高強(qiáng)度鋼的破壞時(shí)間已經(jīng)沒有明顯的影響了。硫化物應(yīng)力腐蝕的下限濃度值與使用材料的強(qiáng)度（硬度）有關(guān)。
碳鋼在硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于5×10－2mL/L時(shí)破壞時(shí)間都較長(zhǎng)。NACE MR0175－88標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕的極限分壓為0.34×10-3MPa(水溶液中H2S濃度約20mg/L)，低于此分壓不發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。
⑵ pH值對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕的影響：
隨pH的增加，鋼材發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性下降
pH≤6時(shí)，硫化物應(yīng)力腐蝕很嚴(yán)重；
6＜pH≤9時(shí)，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性開始顯著下降，但達(dá)到斷裂所需的時(shí)間仍然很短；
pH＞9時(shí)，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕破壞。
⑶ 溫度
在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，硫化物應(yīng)力腐蝕破裂傾向減小。(溫度升高硫化溶解度減小)
在22℃左右，硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性大。溫度大于22℃后，溫度升高硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性明顯降低。
對(duì)鉆柱來說，由于井底鉆井液的溫度較高，因而發(fā)生電化學(xué)失重腐蝕嚴(yán)重。而上部溫度較低，加上鉆柱上部承受的拉應(yīng)力大，故而鉆柱上部容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。
(4)流速
流體在某特定的流速下，碳鋼和低合金鋼在含H2S流體中的腐蝕速率，通常是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸下降，平衡后的腐蝕速率均很低。
如果流體流速較高或處于湍流狀態(tài)時(shí)，由于鋼鐵表面上的硫化鐵腐蝕產(chǎn)物膜受到流體的沖刷而被破壞或粘附不牢固，鋼鐵將一直以初始的高速腐蝕，從而使設(shè)備、管線、構(gòu)件很快受到腐蝕破壞。因此，要控制流速的上限，以把沖刷腐蝕降到小。通常規(guī)定閥門的氣體流速低于15m/s。相反，如果氣體流速太低，可造成管線、設(shè)備低部集液，而發(fā)生因水線腐蝕、垢下腐蝕等導(dǎo)致的局部腐蝕破壞。因此，通常規(guī)定氣體的流速應(yīng)大于3m/s。
(5)氯離子
在酸性油氣田水中，帶負(fù)電荷的氯離子，基于電價(jià)平衡，它總是爭(zhēng)先吸附到鋼鐵的表面，因此，氯離子的存在往往會(huì)阻礙保護(hù)性的硫化鐵膜在鋼鐵表面的形成。但氯離子可以通過鋼鐵表面硫化鐵膜的細(xì)孔和缺陷滲入其膜內(nèi)，使膜發(fā)生顯微開裂，于是形成孔蝕核。由于氯離子的不斷移入，在閉塞電池的作用下，加速了孔蝕破壞。
在酸性天然氣氣井中與礦化水接觸的油套管腐蝕嚴(yán)重，穿孔速率快，與氯離子的作用有著十分密切的關(guān)系。
對(duì)高壓油井口用材料1cr13進(jìn)行兩次回火的熱處理,使其既具有抗sscc的顯微組織,又有較高的強(qiáng)度。采用nacetm0177—1996標(biāo)準(zhǔn)中的恒載荷拉伸試驗(yàn)法
法是進(jìn)行合理的熱處理[3]。
未回火馬氏體、貝氏體對(duì)sscc敏感,純馬氏體組織的碳鋼或低合金鋼臨界應(yīng)力值很低,因此為了獲得既具有抗sscc的顯微組織,又有較高強(qiáng)度的鋼,可采用兩次回火的熱處理辦法。*次熱處理使鋼產(chǎn)生耐蝕性好的鐵素體十球狀碳化物及高敏感性的未回火馬氏體的混合組織;第二次低溫回火處理形成一種新的回火馬氏體組織。經(jīng)過熱處理后的鋼具有中等的抗sscc,鋼的強(qiáng)度比一般針對(duì)油田酸性環(huán),包括材料的力學(xué)性、焊后熱處理、限定h2s的分壓等。國(guó)內(nèi)外在濕h2s腐蝕條件下常用材料有cr5mo、cr9mo、316、0cr13和12cr2almov等。來評(píng)價(jià)其抗h2s應(yīng)力腐蝕的可靠性。試驗(yàn)結(jié)果和斷口電鏡掃描揭示了材料1cr13具有良好的抗h2s應(yīng)力腐蝕的性能,其應(yīng)力腐蝕的損傷過程就是材料由塑性向脆性的轉(zhuǎn)變過程與本文相關(guān)的論文有：五陽煤礦應(yīng)用閥門案例
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