無縫管線管主要用于井口附近輸送高壓油氣。隨著硫化氫腐蝕問題的日益嚴重，抗硫無縫管線管的研制迫在眉睫，而抗硫性能的好壞是關鍵。探討了影響抗氫致裂紋（HIC）性能的介質(zhì)與材料因素，認為Cu、Ni的加入可以提高無縫管線管材料的HIC性能，降低鋼中的S含量，經(jīng)噴硅鈣粉處理還可降低氫鼓泡的敏感性。
隨著石油和天然氣開采的日益深入，開采條件復雜且處于含硫環(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 化學成分的影響
在實驗室冶煉了一輪根據(jù)不同級別設計的鋼種，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，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。
2.2.2 鋼中硫含量的影響
B2、D2兩個鋼種的化學成分幾乎相當，只是D2的S含量要遠遠低于B2。經(jīng)浸泡試驗（表3），發(fā)現(xiàn)D2的抗HIC性能大大好于B2。由此可見，提高鋼的純凈度，降低硫含量，有利于降低氫鼓泡的敏感性。這主要是由于氫原子易在長條狀的MnS夾雜或氧化鋁夾雜尖端處積聚而形成極大的氫壓，致使在材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)鼓泡，在應力作用下氫誘發(fā)裂紋沿著垂直于應力軸方向堆積排列而形成了鏈狀鼓泡，最后呈臺階狀斷裂。因此，降低鋼中的硫含量，可減少所形成的MnS，從而可降低氫鼓泡的敏感性。
2.2.3 鈣處理對HIC性能的影響
B6、C6 成分相當，只是B6 未經(jīng)過噴硅鈣粉處理， 而C6 經(jīng)過Ca 處理。將B6、C6 同時浸泡在TM0284標準規(guī)定的人工海水溶液中96 h，發(fā)現(xiàn)C6表面鼓泡面積明顯減少，而且無裂紋產(chǎn)生，具體HIC試驗結(jié)果見表4。由表4可見，經(jīng)過Ca處理的鋼種，其抗HIC性能明顯優(yōu)于未經(jīng)Ca處理過的鋼種。這主要是經(jīng)過噴硅鈣粉處理后，改變了硫化物和氧化物夾雜的形狀，將集中的有邊角的夾雜變成分散的顆粒夾雜，從而降低了氫鼓泡的敏感性，提高了抗HIC性能。
3 結(jié)論
1） 影響HIC性能的介質(zhì)因素主要有pH值、H2S濃度、氯離子、溫度及時間。
2） Cu、Ni的加入可以提高抗HIC性能。
3） 降低鋼中的S含量，提高鋼的純凈度，可降低氫鼓泡的敏感性。
4） 噴硅鈣粉，是降低氫鼓泡敏感性最有效的措施之一。
參考文獻
［1］ 肖紀美. 應力作用下的金屬腐蝕［M］. 北京：化學工業(yè)出版社，1999.
［2］ Richard A. Oriani，John Price Hirth，Micha1 bSmia1ows?ki. Hydrogen Degradation
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