N08825鎳基合金復合管件加工技術及耐蝕性研究

任保劍，何 清，張付峰，袁希海，肖松節，唐 荔

（1.鄭州萬達重工股份有限公司，鄭州 451161；2.四川華油集團有限責任公司 物資分公司，成都610017）

N08825鎳基合金復合管件加工技術及耐蝕性研究

任保劍1，何 清1，張付峰1，袁希海1，肖松節1，唐 荔2

（1.鄭州萬達重工股份有限公司，鄭州 451161；2.四川華油集團有限責任公司 物資分公司，成都610017）

為了避免高H2S/CO2油氣田用管道的電化學腐蝕損傷和應力腐蝕開裂問題，以某天然氣凈化廠原料氣管線擬使用的N08825鎳基合金復合管為例，研究了其加工技術及耐蝕性能。研究結果顯示，N08825鎳基合金復合管力學性能及SCC性能均滿足中石化普光氣田凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程SEI《焊制復合鋼管、管件規格書》要求。結果表明，通過控制大直徑鎳基合金管件加工工藝并在復合管內表面涂刷防護劑，可確保復合管件成型質量及高H2S/CO2環境下的抗應力腐蝕開裂性能。

N08825鎳基合金；復合管；應力腐蝕開裂

Abstract:In order to avoid electrochemical corrosion damage and stress corrosion cracking problem in high H2S/CO2gas fields and pipelines,taking N08825 nickel base alloy pipe,which will be used in a natural gas purification plant raw material gas pipeline,as an example,studied the processing technology and corrosion resistance.The research results indicated that the mechanical properties of N08825 nickel base alloy and the performance of SCC all meet the requirements of the SEI“welding composite steel pipe and pipe piece specification” of the raw material gas pipeline safety hazard management project of Sinopec Puguang gas field purification plant.The research results showed that by controlling the large diameter nickel base alloy pipe fittings processing technology and painting protective agent in composite pipe inner surface,can ensure the forming quality of the composite pipe and the stress corrosion cracking performance under high H2S/CO2environment.

Key words:N08825 nickel base alloy;composite pipe;stress corrosion cracking

近年來，隨著能源需求的日益增加，能源問題已經成為制約各國經濟發展的重要問題。隨著石油和天然氣的需求持續增長，油氣田的開采已經由原來的粗放型向精細型過渡，高含S油氣田的開采比例也在逐步加大。目前，在富含 S（w（S）＞17%）的天然氣輸送過程中使用的復合管道，其內壁復層材料（316L）腐蝕嚴重，使用壽命短，存在極大安全隱患，已成為行業急需解決的難題。

對于高H2S/CO2油氣田，H2S和CO2共同存在的腐蝕性比單獨H2S存在時的腐蝕性更強，為避免H2S/CO2引起的電化學腐蝕損傷和應力腐蝕開裂問題，通常的應對方法是采用昂貴的不銹鋼管。為了保證管道的耐蝕性并控制成本，可選用雙金屬復合管來替代不銹鋼管[1-3]，鎳基合金復合材料就是其中最具代表性的材料。N08825鎳基合金是一種鈦穩定化的Ni-Fe-Cr-Mo耐蝕合金，此合金具有良好的耐腐蝕及良好的加工性能，同時還具有耐高溫的特點。由于其優良的耐硫化物及氯化物腐蝕性能，在高S原油的加工行業，廣泛用于加氫裝置中存在嚴重硫化物及氯化物腐蝕的設備或管線材料中。本研究針對某天然氣凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程擬使用的N08825鎳基合金復合管，分析其加工工藝及耐蝕性能。

1 加工工藝

N08825鎳基合金材料的熱加工一直以來是冶金工藝面臨的一個難題，是產品制造中的難點所在，主要問題是材料熱變形抗力大及熱塑性較好的加工溫度區域狹窄。本研究采用的Q245R+N08825鎳基合金管件為某天然氣凈化廠原料氣管線用管，該鋼管是爆炸復合鋼板經卷制成型后再采用焊接制成[4-5]，公稱直徑DN700 mm，壁厚36 mm+3.2 mm。

抗應力腐蝕開裂性能是N08825鎳基復合材料在高H2S/CO2油氣田企業使用中的一個重要性能指標，在復合管熱加工之前對復合板內層表面進行保護，即將防護劑均勻涂覆在N08825鎳基合金鋼管內表面上。另外，為保證內復層表面的高耐蝕性能，優化設計工裝模具，采用在工裝模具和管件接觸面上堆焊一層不銹鋼的方法，以此在成型過程中徹底杜絕鐵離子的污染；采用數控銑床加工模具表面，確保尺寸精度及模具和管件成型之后的分離速度。

為了保證復合管件加熱后復層的耐蝕性能及基層的力學性能，結合基層和復層兩種材料的特性，確定加熱溫度為（890±15）℃，這一溫度區域既處于基層Q245R的正火溫度范圍，同時也是鎳基合金穩定化熱處理的溫度范圍，不但保證了基層的力學性能，而且還能保證復層的耐蝕性能。熱處理保溫時間為59 min（基材和復層的總壁厚×1.5）。采用該保溫時間既能保證鎳基合金的固溶效果，也能降低長時間高溫條件對復合管件的綜合性能的不利影響。

2 力學性能及SCC性能分析

2.1 力學性能

分別對Q245R+N08825鎳基合金管件的基材Q245R外弧側（1#試樣）及焊接接頭部位（2#試樣）進行拉伸試驗，試驗結果見表1。從表1可以看出，試驗結果均滿足中石化普光氣田凈化廠原料氣管線安全隱患治理工程SEI《焊制復合鋼管、管件規格書》中對拉伸性能的要求。另外，對焊接接頭進行了d=4a的側彎試驗，試驗結果見表2，其結果也符合標準要求。

表1 DN700 mm×（36+3.2）mm 規格Q245R+N08825鎳基復合管件力學性能

表2 Q245R+N08825鎳基復合管件焊接接頭側彎試驗結果

2.2 應力腐蝕開裂性能

國內多家油氣田開發企業均發現其地質結構中蘊含有大量H2S和CO2氣體，這兩種氣體的水溶液均具有較強腐蝕性，不僅易出現局部點蝕，而且在應力作用下會產生硫化物應力腐蝕開裂問題[6-8]，嚴重影響相關設備的安全使用。

根據工程技術規格書和文獻[9-11]對天然氣凈化廠用鎳基復合管件的復層焊接接頭進行應力腐蝕開裂試驗，工況條件模擬見表3。

表3 模擬工況條件

在垂直于焊縫的復合層焊接接頭部位分別取3個試樣進行試驗，試樣尺寸如圖1所示。

圖1 試樣尺寸示意圖

試樣經丙酮除油、酒精脫水后，采用四點彎曲加載夾具對試樣進行加載，如圖2所示。加載載荷為209.6 MPa。將3個試樣分別放入高壓反應釜內進行720 h高溫應力腐蝕試驗。

圖2 四點彎曲試樣夾具加載示意圖

圖3為3個試樣經720 h高溫應力腐蝕試驗后的宏觀形貌，在試樣表面均未見垂直于試樣表面拉應力方向的裂紋，符合該工程技術規格書的要求。

圖3 焊接接頭試樣應力腐蝕試驗后表面宏觀形貌

3 結束語

通過優化Q245R+N08825鎳基合金管件成型加工工藝，保證了鎳基合金復合管件的拉伸及彎曲性能指標滿足SEI規定的相關技術要求。通過在鎳基合金管件內表面涂刷防護劑，保證了加熱成型后的鎳合金管件在高H2S/CO2環境下的抗應力腐蝕開裂性能。在介質溫度120℃、H2S分壓2.2 MPa、CO2分壓1.1 MPa、溶液介質初始pH=3.4的模擬工況下，經持續720 h的四點彎曲抗H2S/CO2應力腐蝕試驗后，在易出現應力集中的焊縫處未發現裂紋，表明采用該工藝制造的大直徑鎳基合金復合管具有較好的抗應力腐蝕開裂性能。

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編輯：黃蔚莉

Study on N08825 Nickel Base Alloy Composite Pipe Fittings Processing Technology and Corrosion Resistance

REN Baojian1,HE Qing1,ZHANG Fufeng1,YUAN Xihai1,XIAO Songjie1,TANG Li2
（1.Zhengzhou Wanda Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 451161,China;2.Materials Branch of Sichuan Huayou Group Co.,Ltd.,Chengdu 610017,China）

TG174.22

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.08.006

任保劍（1979—），男，河南省鄭州人，本科，工程師，主要研究方向為石油天然氣輸送用雙金屬耐蝕復合管件和彎管的研發。

2017-05-11