L415/N08825復(fù)合管硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及失重腐蝕研究

李良均，崔成武，蔣 勇，徐 明

（1.四川科宏石油天然氣工程有限公司，成都610213；2.西南石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500；3.四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢643010；4.中國(guó)五冶集團(tuán)公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司，成都610000）

L415/N08825復(fù)合管硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及失重腐蝕研究

李良均1，崔成武2，蔣 勇3，徐 明4

（1.四川科宏石油天然氣工程有限公司，成都610213；2.西南石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500；3.四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢643010；4.中國(guó)五冶集團(tuán)公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司，成都610000）

為了研究復(fù)合管的耐蝕性能，對(duì)L415/N08825復(fù)合管母材及焊縫在H2S/CO2環(huán)境中，進(jìn)行了抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）試驗(yàn)和不同壓力下的高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)研究。720 h硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）試驗(yàn)結(jié)果顯示，3個(gè)試樣均未發(fā)生斷裂，在10倍放大鏡下觀察所有試樣表面均未發(fā)現(xiàn)裂紋；不同壓力失重腐蝕試驗(yàn)結(jié)果顯示，L415/N08825復(fù)合管復(fù)層母材和焊縫試樣的平均腐蝕速率較小，試樣表面均未觀察到明顯的腐蝕痕跡。研究結(jié)果表明，試驗(yàn)用L415/N08825復(fù)合管母材與焊縫耐蝕性良好。

焊縫；L415/N08825；復(fù)合管；SSCC；失重腐蝕

Abstract:In order to study the corrosion resistance of the clad pipe，it carried out the sulfide stress corrosion cracking（SSCC）test for L415/N08825 clad pipe base metal and weld under H2S/CO2environment,and conducted high temperature and high pressure weightlessness corrosion test research under different pressure.720 h SSCC test result indicated that no fracture appeared in three samples,all specimens were observed under the 10 times magnifying glass,no surface cracks be founded;test results of weightlessness corrosion under different pressure indicated that the average corrosion rate of L415/N08825 clad pipe base metal and weld was small,obvious corrosion traces were not be observed.The research results showed that the corrosion resistance performance of experimental L415/N08825 clad pipe base metal and weld is good.

Key words:weld;L415/N08825；clad pipe；SSCC；weightlessness corrosion

在高含H2S和CO2等酸性介質(zhì)的油氣儲(chǔ)運(yùn)中，介質(zhì)腐蝕與高壓環(huán)境等易導(dǎo)致油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備失效速率加快，使用壽命下降，甚至引起管道泄漏。使用耐蝕合金復(fù)合管是解決上述腐蝕問(wèn)題相對(duì)安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一[1-4]。

復(fù)合管耐蝕基材焊接后易出現(xiàn)成分組織不均勻及晶粒粗大等缺陷，易導(dǎo)致耐蝕性降低[5-6]。因此，需要進(jìn)行復(fù)合管基材及焊縫的耐蝕性研究。硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）試驗(yàn)和失重腐蝕試驗(yàn)是研究?jī)?chǔ)運(yùn)設(shè)備耐蝕性能的有效途徑[7-10]。筆者以L415/N08825鎳基合金復(fù)合管母材及焊縫為對(duì)象，在H2S/CO2環(huán)境中進(jìn)行了SSCC試驗(yàn)及不同壓力下的失重腐蝕試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 材料

試驗(yàn)采用L415/N08825雙金屬?gòu)?fù)合管，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。復(fù)層采用GMAW焊接方法，填充材料為ERNiCrMo-3；基層采用SMAW＋SAW焊接方法，填充材料為H08D。

表1 L415/N08825雙金屬?gòu)?fù)合管化學(xué)成分

1.2 SSCC試驗(yàn)

對(duì)N08825母材及焊縫進(jìn)行SSCC試驗(yàn)，采用四點(diǎn)彎曲試樣，尺寸為67.3 mm×4.57 mm×1.52 mm，加載方式如圖1所示。加載位移依據(jù)ISO 7539-2:1989標(biāo)準(zhǔn)，由公式（1）計(jì)算為

式中：σ—最大張應(yīng)力，即加載應(yīng)力；

E—彈性模量；

t—試樣厚度；

y—外支點(diǎn)間的最大撓度即加載位移；

H—外支點(diǎn)間的距離；

A—內(nèi)外支點(diǎn)間的距離。

試驗(yàn)前，將試樣清洗、除油、冷風(fēng)吹干后測(cè)量尺寸。根據(jù)公式計(jì)算出加載位移和加載應(yīng)力，放入高壓釜內(nèi)腐蝕介質(zhì)中，用高純氮?dú)獬? h，升溫到預(yù)定溫度后通入CO2/H2S到預(yù)定壓力。N08825鎳基合金母材和焊縫抗SSCC性能檢測(cè)模擬試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。加載應(yīng)力分別為456 MPa（100%母材最小屈服強(qiáng)度）和453 MPa（100%焊縫最小屈服強(qiáng)度）。

圖1 四點(diǎn)彎曲夾具加載試樣示意圖

表2 抗SSCC性能檢測(cè)模擬試驗(yàn)條件

1.3 高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)

進(jìn)行高溫高壓失重掛片試驗(yàn)時(shí)，母材和焊縫的試樣尺寸分別為30 mm×20 mm×2 mm和30 mm×10 mm×2 mm。試驗(yàn)前，將試樣分別用 320#、600#、800#、1200#砂紙打磨；試樣清洗、除油、冷風(fēng)吹干后測(cè)量尺寸并稱(chēng)重，然后將試樣相互絕緣安裝在特制的試驗(yàn)架上，放入高壓釜內(nèi)腐蝕介質(zhì)中；用高純氮?dú)獬? h，升溫到預(yù)定溫度通入CO2/H2S到預(yù)定壓力。試驗(yàn)結(jié)束后，用蒸餾水沖洗試樣表面去除腐蝕介質(zhì)，無(wú)水酒精除水后冷風(fēng)吹干，用定性濾紙包起，放入干燥皿待用。

清洗液根據(jù)JB/T 7901—2001《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》配制。成分為鹽酸（ρ=1.19 g/cm3）500 mL，加蒸餾水至 1 000 mL。清洗后的試樣立即在自來(lái)水中沖洗，并在飽和碳酸氫鈉溶液中浸泡約2～3 min進(jìn)行中和處理，然后用自來(lái)水沖洗并用濾紙吸干置于無(wú)水酒精中浸泡3～5 min脫水，冷風(fēng)吹干，用BS124S電子天平（精度0.1 mg）對(duì)試樣進(jìn)行稱(chēng)重并計(jì)算其失重腐蝕速率。

均勻腐蝕速率的計(jì)算公式為

式中：vcorr—均勻腐蝕速率，mm/a；

Δg—試樣失重，g；

γ—材料比重，g/cm3；

t—試驗(yàn)時(shí)間，d；

S—試樣表面積，mm2。

選取4組不同總壓進(jìn)行試驗(yàn)，N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)條件見(jiàn)表3。利用掃描電子顯微鏡（Zeiss EVO MA15）對(duì)腐蝕試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行表面形貌分析。

表3 不同總壓下N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)條件

2 結(jié)果與討論

2.1 SSCC腐蝕試驗(yàn)

圖2 N08825鎳基合金SSCC試驗(yàn)后試樣表面宏觀形貌

表4 N08825鎳基合金SSCC試驗(yàn)結(jié)果

2.2 高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)

不同總壓下，試驗(yàn)后復(fù)合管N08825鎳基合金母材和焊縫的均勻腐蝕速率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，在不同H2S和CO2分壓條件下，母材和焊縫的平均腐蝕速率都很小。相同試驗(yàn)壓力下焊縫均勻腐蝕速率小于母材，且均勻腐蝕速率隨著試驗(yàn)壓力減小而降低，不同總壓下N08825鎳基合金母材和焊縫的均勻腐蝕速率變化情況如圖3所示。焊縫因含有較母材更多的耐蝕元素（Ni、Mo、Cr等），均勻腐蝕速率幾乎為零，耐蝕性能優(yōu)于母材。

表5 不同壓力下N08825鎳基合金的均勻腐蝕速率計(jì)算結(jié)果

圖3 不同總壓下N08825鎳基合金均勻腐蝕速率變化曲線(xiàn)

不同總壓下N08825鎳基合金母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)后，清洗前試樣的表面形貌如圖4~圖7所示。由圖4~圖7可以看出，在不同H2S和CO2分壓下，母材和焊縫試樣表面均呈金屬光澤，沒(méi)有明顯的腐蝕跡象。在500倍掃描電鏡下觀察，試樣表面沒(méi)有觀察到明顯的腐蝕跡象。

圖4 總壓力15 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗前）

圖5 總壓力10 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗前）

圖6 總壓力8 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗前）

圖7 總壓力5 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗前）

不同總壓力下的N08825母材及焊縫高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)后，清洗前試樣表面EDS分析結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，焊縫中Cr、Ni和Mo含量均高于母材，其耐蝕性良好。

將高溫高壓失重腐蝕試驗(yàn)試樣清洗后，其表面形貌及掃描電鏡照片如圖8~圖11所示。由圖8~圖11可以看出，腐蝕環(huán)境未造成母材和焊縫試樣明顯腐蝕，母材與焊縫的耐高溫高壓腐蝕性能良好。

圖8 總壓力15 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗后）

圖9 總壓力10 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗后）

圖10 總壓力8 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗后）

圖11 總壓力5 MPa時(shí)失重腐蝕試驗(yàn)后試樣的表面形貌（清洗后）

3 結(jié) 論

（1）在失重模擬環(huán)境、不同壓力試驗(yàn)條件下，N08825鎳基合金母材和焊縫的平均腐蝕速率都很小，試樣表面宏觀和微觀都觀察不到明顯的腐蝕跡象。

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Study on Sulfide Stress Corrosion Cracking and Weight Loss Corrosion of L415/N08825 Clad Pipe

LI Liangjun1， CUI Chengwu2， JIANG Yong3， XU Ming4
（1.Sichuan Kehong Oil&Gas Engineering Co.,Ltd.,Chengdu 610213,China；2.School of Materials Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；3.Atlantic China Welding Consumables Co.,Ltd.,Zigong 643010，Sichuan,China；4.Steel Structure Project Branch Company of MCC5 Group Corp.,Ltd.,Chengdu 610000,China）

TG113.232

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.02.002

2016－10－31

編輯：李紅麗

李良均（1965―），男，重慶人，工學(xué)學(xué)士，主要從

事油氣地面建設(shè)與儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)及技術(shù)管理和研究工作。