双相钢石油管材耐腐蚀性能的对比与选择
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摘 要：本文介绍了双相钢及其台耐蚀合金的主要腐蚀形式，列出了适用于H2S/CO2腐蚀环境的油井管材质，对双相钢及其他耐蚀合金腐蚀性能进行比较，重点对NKK，SM选材指南进行了对比，指出各厂家选材指南存在的问题。
关键词：双相钢；腐蚀性能；管材选材
金属的腐蚀可分为物理与化学腐蚀，化学腐蚀指在介质中直接发生的化学作用，金属构成阴极发生还原反应为电化学腐蚀。金属物理溶解为物理腐蚀，工程实际中的金属腐蚀大多为电化学腐蚀。在某种介质中可能因化学稳定性低发生腐蚀。耐蚀合金的主要腐蚀形式有均匀腐蚀，晶间腐蚀等。
1 金属腐蚀介绍
金属材料受周围介质的作用损坏为金属腐蚀。金属锈蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，显著降低金属材料的强度，韧性等力学性能。恶化电学与光学等物理性能。可能造成火灾等事故。均匀腐蚀指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀现象，空气，水与热是其影响因素。均匀腐蚀使金属截面减少，达到材料的断裂强度后发生断裂。晶间腐蚀局部性是显微尺度的，晶间腐蚀集中发生金属显微组织晶界，受腐蚀严重的金属形成粉末，是危害性很大的腐蚀破坏。点腐蚀指在金属材料表面发生高度的局部腐蚀，常见蚀点深度大于表面孔径，严重的形成穿孔。点腐蚀是金属表面局部钝化膜被腐蚀破坏。从外向内深入发展，点腐蚀是不锈钢常见的腐蚀破坏类型。应力腐蚀指金属在特定环境与相应水平应力作用下发生与腐蚀有关的断裂，特定环境指只有介质成分与浓度范围适当，才能导致金属腐蚀。缝隙腐蚀指金属构件缝隙处发生点状的宏观蚀坑，缝隙腐蚀主要是介质的电化学不均匀引起，通常发生在螺钉连接的接缝中。部分奥氏体型不锈钢在海水中有不同程度的缝隙腐蚀倾向。改变介质成分可成为防止裂缝腐蚀的重要措施。
2 耐蝕合金蚀性能比较
适用于含H2S/CO2腐蚀环境的油井管包括低Cr管，马氏体不锈钢，双相不锈钢，Ni基合金。低Cr钢有ICr，5Cr。双相不锈钢有2205与2507，马氏体不锈钢有13Cr，超级13Cr-1，超级13Cr-2.NI基合金有028，825，G-3。低Cr钢抗CO2全面腐蚀能力较好，抗Cr应力腐蚀良好，可在腐蚀因素较缓和的环境下使用，使用寿命在5年内。马氏体不锈钢抗CO2全面腐蚀能力佳，超级13Cr抗腐蚀能力良好，抗H2O应力腐蚀能力差。可H2S分压很低的腐蚀环境下使用。双向不锈钢抗CO2全面腐蚀性能佳，抗Cr应力腐蚀性能良好。可在CO2分压较高的腐蚀环境下使用。Ni基合金抗CO2全面腐蚀能力强，抗Cr应力腐蚀性高，可在CO2分压与H2S分压高的腐蚀环境下使用。Ni基合金G-3的耐高温腐蚀性更好。有优势。CO2分压是影响腐蚀速率的主要因素，目前对发生CO2腐蚀的临界PCO2值未达成共识，气井中，PCO2>0.2MPa时发生腐蚀，PCO2<0.02MPa时腐蚀可忽略不计。PCO2在0.02-0.2MPa之间可能发生腐蚀。低硫油井与凝析气井中，PCO2高于0.1MPa为腐蚀环境，PCO2<0.05MPa时表明不存在腐蚀环境。PCO2在0.05-0.1MPa时可能为腐蚀环境。工程中将PCO2=0.02MPa确定为发生CO2腐蚀的临界值。13Cr广泛应用于抗CO2腐蚀，轻微的腐蚀或与缓蚀配合使用，可采用5Cr等含铬较低的钢。双相不锈钢具有良好的抗CO2腐蚀性能。13Cr的临界使用温度为150℃，超级13Cr含有Ni元素。临界温度为175℃。
3 选材指南存在的问题
13Cr无抗SSC/SCC的能力，存在少量H2S环境中。超级13Cr有一定的抗SSC/SCC能力。有H2S存在工况条件下，双向不锈钢较马氏体不锈钢更具优势。有Cl-及其含量较高情况下，建议使用22Cr等。井况严酷，含有H2S等介质，必须使用Fe-Ni基，Fe-Ni基只有一个奥氏体相，添加的基本合金元素Cr等，决定抗腐蚀性能。Fe-Ni基金属对腐蚀行为的影响，对低pH值的酸性环境Mo有效，H2S高温+高Cr同时存在，对合金元素最低要求Cr>20%，Mo>3%，用于石油管材的铁镍基有多种，目前常用的油井管铁镍基合金钢有Alloy 028，Alloy825，AlloyG3，Alloy 050，Alloy C-276。
4 结语
JFE选材指南存在方案保守，未考虑低碳Cr-Mo钢抗H2S的钢种选择问题。双相钢只能在H2S分压0.003-0.001MPa温度<250℃的范围内使用。双相钢可通过NACETM-0177标准A法A溶液的SSC实验不开裂。超级Cr可以在H2S分压<0.05atm的范围内使用，两类马氏体不锈钢只适用于CO2分压>0.02的工况环境。指南未考虑不同Cl-浓度对点蚀的选材的影响。NKK选材指南未考虑Cl-加速不用H2S分压腐蚀的影响，未考虑13Cr马氏体不锈钢抗H2S的钢种选择问题。未考虑低碳Cr-Mo钢抗H2S的钢种选择问题。双相钢只能在H2S分压有限范围内使用。双相钢通过热处理严格控制o相析出，在150℃高温通过SCC实验不开裂。VM选材指南存在方案不全面，未考虑CO2分压的腐蚀作用。未考虑普通抗硫钢种的选择问题。对普通13Cr与超级Cr等马氏体不锈钢适用范围没有区分，基本说明马氏体不锈钢只适用于CO2分压的工况环境。提出了28Cr的VM28不锈钢，适用范围>22Cr双相不锈钢。双相钢通过热处理严格控制o相析出，可通过A溶液的SSC试压不开裂。
参考文献：
[1]杨亚辉.双相不锈钢换热器材料选用及焊接技术[J].金属加工（热加工），2016（16）：71-74.
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