油气行业用典型耐蚀合金管材性能与选用研究

为提高油气行业用耐蚀合金管材选用合理性,介绍了超级双相不锈钢、20Cr-32Ni铁镍基合金、Ni-Fe-Cr-Mo-Cu系铁镍基合金3种典型耐蚀合金材料的成分组织和力学性能,并重点对耐应力腐蚀、均匀腐蚀、点蚀性能等进行了分析。结果表明,3种材料分别具有强度高、耐Cl-应力腐蚀性能好、耐高温腐蚀性能好、耐H 2 S应力腐蚀性能好等不同性能表现,适用于多种工况,适应油气行业高质量绿色低碳发展要求。分别给出了3种材料的选用建议,可为腐蚀环境下管柱设计提供依据。

奥氏体铁镍基耐蚀合金热变形行为及加工图分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了UNS N08028(028)合金在温度950~1200℃和应变速率0.001~10 s^(-1)条件下的热变形行为。分析了合金的流变应力曲线、变形激活能及变形机制,明确了加工图能耗峰值与动态再结晶(DRX)晶粒尺寸、体积分数、σ析出相等微观组织演化规律,确定了合金最优加工路径。结果表明,028合金加工图存在五个能耗峰值区与DRX形核和生长过程密切相关:高应变速率区域的能耗峰值与DRX形核有关;低温低应变速率区域能耗峰值与DRX形核和生长有关;高温低应变速率区域的能耗峰值与DRX生长相关。温度低于1000℃时,σ析出相对DRX形核产生影响,低应变速率(<0.01 s^(-1)),粗大σ相促进DRX形核,形成典型“链状结构”,出现能耗峰值。高应变速率(>0.1 s^(-1)),细小σ析出相抑制DRX形核,导致局部应力集中,材料发生失稳。最后,利用加工图分析确定了028合金最优加工路径:开始于1150~1200℃,1~10 s^(-1),结束于1100~1140℃,0.1~0.7 s^(-1)。

精炼渣组元对渣系物化性能和耐蚀合金中元素烧损的影响

在连铸流程生产Incoloy825耐蚀合金时,AOD精炼过程中精炼渣易与合金中Al、Ti元素发生反应造成氧化损失。因此,本研究在1 kg MoSi2电阻炉中通过渣-金平衡试验考察了(CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO-CaF_(2)-TiO_(2))精炼渣系不同成分设计对Incoloy825合金Al、Ti氧化烧损的影响,并对渣系的熔点、黏度以及物相性质进行了分析。结果表明:增加SiO_(2)的含量能降低平衡时合金中Al、Ti的含量,Al_(2)O_(3)组元会造成烧钛增铝的现象,适量TiO_(2)可以降低Ti元素的氧化烧损。提高渣系中CaO、TiO_(2)含量能提高精炼渣熔点,渣中SiO_(2)、Al_(2)O_(3)及CaF_(2)的含量增加会导致熔点下降;高温下精炼渣的黏度变化小且有明显的温度转折点,属于短渣类型,转折温度与熔点的规律一致;精炼渣配比为49.87%CaO-2.13%SiO_(2)-24.79%Al_(2)O_(3)-7.40%MgO-4.79%CaF_(2)-9.87%TiO_(2)时,Al、Ti烧损小且熔点和黏度均满足精炼要求。

油气钻采用耐蚀合金无缝管材标准的发展分析

对比了ISO 13680标准不同版本的结构和主要技术内容的变化,分析了耐蚀合金无缝管材标准的发展变化历程。可以看出:ISO 13680标准经过三次修订,标准的结构发生了很大的变化;一方面对原有技术条款不断补充完善,不断丰富、趋于严格;另一方面标准适用范围不断扩大,同时不断融入了新的技术要求。耐蚀合金无缝管材标准的发展过程表明科技进步是标准产生的基础,也是推动标准发展的不竭动力。

耐蚀合金的晶间腐蚀评价方法探讨

介绍了耐蚀合金发生晶间腐蚀的机理和主要的评价试验方法,收集整理汇总了国内外标准中常用耐蚀合金的晶间腐蚀试验方法选择、材料检验状态、合格性指标等比较零散的要求内容,探讨了标准中一些值得商榷的问题。

耐蚀合金内覆复合管件国际标准正式发布

2月28日,由中国石油集团工程材料研究院有限公司牵头制定的ISO 24139-2《石油天然气工业管道输送系统用耐蚀合金内覆复合弯管和管件第2部分:复合管件》国际标准正式发布。这是中国石油在管道输送关键产品领域的科技创新及国际标准化工作取得的新突破,对推动我国高性能绿色石油管材产业健康发展意义重大。

高性能镍基耐蚀合金的特性与研究动向

在概述镍基体的性质和镍基耐蚀材料的成分与工艺设计的基础上,介绍了镍基耐蚀材料的耐蚀特性并与其它材料作了比较,综述了现阶段此类材料的研究与发展动向。

通用性镍基耐蚀合金的研制

依据百分因子(APF)法,参考现今先进耐蚀合金,预设计了6种APF介于2.5～3.3的通用性镍基耐蚀合金成分.应用真空感应炉和手工电弧炉熔炼合金获得了良好的效果.在氧化性酸和还原性酸进行化学腐蚀,与1Cr18Ni9Ti的耐蚀性能对比.研究结果表明,设计合金具有优异的耐蚀性及良好的通用性,并对设计合金进行了评价;合金在固溶处理后耐蚀性能有所提高;随着APF的增大合金的抗氧化性介质的耐蚀性能提高,抗还原性介质的耐蚀性能降低.

耐蚀合金油井管的发展概况

列举了镍基合金管主要腐蚀介质的临界值;总结了主要合金元素的作用及耐蚀机理;介绍了国内外耐蚀合金油井管的发展现状,相关钢管厂耐蚀合金油井管的化学成分、机械性能要求,及国内钢管厂利用高温高压釜设备模拟井况条件对镍基合金腐蚀产物膜的分析结果,和对其抗腐蚀能力的评价。

不同热处理状态下镍基耐蚀合金析出相的定性定量分析

镍基耐蚀钢的性能,在很大程度上取决于钢中各种相的数量、组成、大小、分布状况和合金元素在晶界的分配情况。镍基耐蚀钢经过等温热处理,通常会形成碳化物相、金属间相等析出相。这些析出相在合金中的形成将导致钢的脆化,显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性。为了对不同热处理条件下镍基耐蚀合金析出相做定性定量分析,实验在选择好合适的电解制度后,利用电解分离方法将析出相从基体中分离。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)定性研究了提取后析出相的形貌以及结构特性的变化过程;并利用Rietveld全谱拟合法计算不同析出相的组成及含量,最后还讨论了析出相含量与材料耐蚀性能间的关系。实验结果表明900℃时效形成的析出相最多,且析出相的含量随时间的延长呈明显上升的趋势;腐蚀性能评价结果表明析出相的含量与平均腐蚀速率存在一定的正相关,即随着析出相含量的增加,材料的平均腐蚀速率也增加,耐蚀性能减弱。

高温条件下几种耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能对比分析

通过高温条件下的地层水和高温高pH值完井液CO_2腐蚀试验,对比分析研究耐蚀合金管柱材料的抗腐蚀性能及在深井和超深井的适用性。结果表明:超级13Cr马氏体不锈钢在高温CO_2环境中和高温高p H值环境中的均匀腐蚀极为严重,腐蚀速率分别高达0. 454 9 mm/a和0. 386 7 mm/a,并且局部腐蚀非常明显,已不能满足高温工况环境对管柱材料的耐蚀性要求;新型17Cr马氏体不锈钢在高温条件下具有良好的抗CO_2均匀腐蚀和局部腐蚀性能,但在高温高pH值环境中发生了明显的选择性溶解腐蚀,并且均匀腐蚀速率较大; 2205双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢和028镍基合金在高温CO_2腐蚀环境中和高温高pH值环境中具有良好的抗腐蚀性能; TC4钛合金在高温条件下具有极其优越的抗CO_2腐蚀性能,但在高温高pH值腐蚀环境中抗腐蚀性能极差,均匀腐蚀速率高达0. 424 7 mm/a,并且相比于其他耐蚀合金,局部腐蚀最为严重。

耐蚀合金G3、G3-Z和825热加工性的研究

用Thermomacmaster-Z热模拟机和TEM,SEM研究了G3(%:0.012C、46.51Ni、24.71Cr、8.88Mo、1.15W、1.72Cu、0.10Nb)、G3-Z(%:0.014C、46.53Ni、24.05Cr、6.89Mo、1.09W、1.70Cu)和825耐蚀合金(%:0.006C、43.77Ni、22.10Cr、3.24Mo、1.90Cu、0.86Ti)1 030～1 300℃、应变量(ε)0～0.8、应变速率1～2.5 s^(-1)的应力-应变曲线和温度对合金最大应力和断面收缩率的影响,并分析了合金发生动态再结晶的影响因素。结果表明,G3、G3-Z、825合金动态再结晶的晶粒大小随温度补偿系数Z的增大而减小;G3、G3-Z、825合金适宜的热加工温度范围分别为1 100～1 240℃、1 130～1 220℃和1 050～1 240℃。

镍基耐蚀合金GH536B(G3)的高温变形特性

通过Thermomacmaster-Z热模拟机试验和显微组织观察,研究了镍基耐蚀合金GH536B(G3,%:0.002C、20.30Cr、17.50Fe、8.70Mo、1.32W、1.90Cu、0.20Nb)1030～1300℃、应变速率1～25s^(-1)的应力-应变曲线以及温度对合金断面收缩率的影响,高温变形下合金组织的变化和应变速率对合金动态再结晶温度的影响。结果表明,G3合金变形抗力大,热成形温度区间小,随应变速率增大,热塑性降低;当Φ10 mm×140 mm试样拉伸速率为100 mm·s^(-1),合适的成形温度为1130～1260℃,当拉伸速率为200 mm·s^(-1),合适的成形温度为1130～1220℃。

利用双层辉光等离子技术进行镍基耐蚀合金表面合金化的研究

研究了在 2 0钢和不锈钢基材上 ,利用双层辉光离子渗金属技术进行Ni Cr Mo Cu多元共渗表面合金化 ,采用电化学方法对两种基材表面形成的渗层在 5 %HCl中的腐蚀性能进行了测定。结果表明 :在两种基材上都能得到类似于源极HastelloyC - 2 0 0 0合金的表面合金渗层 ,在不锈钢表面上形成的渗层的耐蚀性能接近HastelloyC - 2 0 0 0合金并且优于Alloy 5 9合金 ,在 2

高酸性气田用镍基耐蚀合金油套管的生产工艺

高酸性气田用镍基耐蚀合金油套管制造工序复杂、生产难度大、质量要求严格。综合介绍了国内外镍基耐蚀合金油套管研究成果、常用的钢种及使用环境,论述了此种管材的生产加工关键工艺(合金冶炼、管材热挤压、固溶处理、冷轧加工及管螺纹加工),指出未来研究方向。

镍基耐蚀合金高温加工特性的研究

采用Thermomacmaster-Z热模拟试验机和TEM研究了G3、G3-Z和825镍基耐蚀合金1030℃～1350℃、应变量(ε)0～0.8、变形速率5s-1、25s-1的应力-应变曲线和温度对合金变形抗力和断面收缩率的影响。结果表明,随着温度的升高,合金的变形抗力及其最大值降低,断面收缩率先上升后下降。825合金的高温变形抗力低于G3及G3-Z合金,而热塑性优于G3及G3-Z合金;锻态G3合金高温变形抗力大于铸态G3-Z合金,而高温热塑性优于G3-Z。G3、G3-Z、825合金的热加工最高温度分别为1240℃、1220℃和1240℃。

镍基耐蚀合金NS334的研制

通过研究冶炼及加工工艺,进行了NS334合金的试制。实践证明,所采用的冶炼及冷热加工工艺是可行的。该合金具有优越的力学性能和耐腐蚀性能。NS334合金试制成功。

G3耐蚀合金油管特殊螺纹接头TP-G2的设计与开发

介绍G3耐蚀合金油管特殊螺纹接头TP-G2的设计开发情况。运用有限元分析结合全尺寸实物试验,建议TP-G2采用负角度偏梯形螺纹设计,且其内螺纹齿高略高于外螺纹,合理的密封面角度和密封过盈量配合,并在接箍中部设计有负角度扭矩台肩,对内外螺纹采用镀铜或喷砂处理,以保证接头具有良好的抗螺纹黏结能力,以及在复合载荷下具有优异的气密封能力。生产应用实践表明:设计开发的特殊螺纹接头TP-G2具有良好的抗螺纹黏结性能、密封性能,和较大的抗弯曲能力及较高的抗压缩能力,使用可靠。

模拟海管环境下5种耐蚀合金的腐蚀规律

为明确常用海底管材在南海某作业区管线运行工况下的适用性,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线能谱仪等测试手段研究了316L、317L、2205、2507、825这5种耐蚀合金材料在模拟海底输油管道运行工况下的耐腐蚀性能。同时,研究了海水浸泡对5种材料耐蚀性能的影响。结果表明:模拟工况下除316L不锈钢外,其余4种材料的点蚀敏感性与缝隙腐蚀敏感性较低,不易发生点蚀与缝隙腐蚀,但是长期的海水腐蚀会增加点蚀敏感性与缝隙腐蚀敏感性,这是因为微生物的附着产生了缝隙腐蚀。

镍基耐蚀合金扩散均匀化处理及组织性能演变

基于三维扩散理论，对所研制的Ni—Cr—Mo—Cu铸态合金的均匀化、固溶处理工艺的有效性，以及对其显微组织、力学性能和耐蚀性能的演变进行了试验研究．研究结果表明：手工电弧炉熔炼、真空感应炉熔炼和真空自耗电极炉熔炼得到比较粗大的铸态组织（分别为约20μm的胞状结构、间距80～100μm的粗大树枝晶和60～80μm的方向性树枝晶），经1140～1170℃，2．5h的处理后，其胞状或枝晶组织消失、偏析组织达到均匀化．与铸态舍金相比，固溶状态合金在4种典型介质中的耐蚀性都获得提高（15％～25％以上），硬度、强度提高近30％；在盐酸、混合酸和FeCl，溶液中Ni—Cr—Mo—Cu合金的耐蚀性比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢提高1～3个数量级．通过扩散方程傅里叶级数解的分析，导得适合该耐蚀合金固溶处理时间的半经验公式．