SSC檢測(cè)不過(guò),產(chǎn)品如何整改?
材料因素
在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中鉆柱可能發(fā)生的腐蝕類(lèi)型中,以硫化氫腐蝕時(shí)材料因素的影響作用最為顯著,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(kāi)裂敏感性按下述順序升高:
鐵素體中球狀碳化物組織→完全淬火和回火組織→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(kāi)裂和氫致開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)1%。含鎳鋼之所以有較大的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向,是因?yàn)殒噷?duì)陰極過(guò)程的進(jìn)行有較大的影響。在含鎳鋼中可以觀察到最低的陰極過(guò)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(kāi)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%是完全可行的,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(kāi)裂敏感性的影響也類(lèi)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(kāi)裂過(guò)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(guò)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粤蚧镄问脚懦觯瑫r(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(kāi)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(guò)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(shuō)來(lái)鋼材隨著冷加工量的增加,硬度增大,SSCC的敏感性增強(qiáng)。
具體詳細(xì)可以咨詢(xún)本實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試工程師任工,0510-82031602。