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行业技术|热处理对X80管线钢CO2腐蚀行为的影响

   更新日期:2017-03-26     来源:建材之家    作者:博一建材    浏览:45    评论:0    
核心提示:随着管道输送压力的不断提高,输送钢管也相应地迅速向高性能发展。高性能钢管具有高强度、高韧性、良好的焊接性和低的包申格效应等优点,确保了高压输送的安全性,同时使管道建设的成本显著降低,也会使管道运营的经济效益更加良好。据统计分析,每提高一个钢级可减少7%的建设成本。目前使用管线钢的性能已达到X70、X80钢级的水平,并向着X100、X120更高钢级的方向发展。从管线建设的发展趋势来看,X80管线钢在

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博一建材讯:随着管道输送压力的不断提高,输送钢管也相应地迅速向高性能发展。高性能钢管具有高强度、高韧性、良好的焊接性和低的包申格效应等优点,确保了高压输送的安全性,同时使管道建设的成本显著降低,也会使管道运营的经济效益更加良好。据统计分析,每提高一个钢级可减少7%的建设成本。目前使用管线钢的性能已达到X70、X80钢级的水平,并向着X100、X120更高钢级的方向发展。从管线建设的发展趋势来看,X80管线钢在工程上的应用将逐渐增加。西气东输二线管道设计是我国“十一五”期间的重要能源工程,拟全部采用X80管线钢,数量在7000km以上,这一工程将把中国管道水平推向世界前列。

石油工业中,集输管线的腐蚀情况复杂多样,主要分为管线内腐蚀和外腐蚀两种,管线内腐蚀与原油含水率、含砂、产出水性质、温度和流速等因素密切相关。我国中西部的油气田,不管是在油气开采还是集输,大多都面临CO2腐蚀危害,不仅损坏设备,影响工期,增加维护和运行成本等,还常常会引发重大事故,造成巨大的经济损失。由于X80管线钢实现国产化不久,目前在国内的使用也不多,所以对其耐腐蚀性能方面的研究还基本处于起步阶段,关于X80管线钢的CO2腐蚀研究也很少见。有研究表明,通过一种非淬火时效工艺,可以大幅度提高针状铁素体管线钢的强度级别。鉴于此,本文研究了热处理对X80管线钢在试验条件下CO2腐蚀行为的影响,并分析了腐蚀机理,对X80管线钢的工程应用具有重要的指导意义。

实验材料取自X80级管线钢,采用数控切割在远离焊缝区域切取50mm×10mm×3mm试样,其化学成分(质量分数,%)为:0.05C,0.21Si,1.56Mn,0.12Ni,0.28Mo,0.2Cu,0.003S,0.007P,0.11(Nb+V+Ti),屈服强度为598MPa,抗拉强度为693MPa,屈强比为0.86。材料中C含量较低,Mn的加入可以引起固溶强化,在提高强度的同时还能增加韧性;Nb、V和Ti等是强氮化物形成元素,其作用之一是可以防止奥氏体晶粒长大;加入一定量的Mo来抑制块状铁素体的形成,促进针状铁素体的生成。

热处理设备采用的是SRJX-4-13型箱式电阻炉,热处理后,将试样打磨、抛光、侵蚀,进行金相观察和硬度测试。根据经验公式Ac3=854-180C-14Mn-44Si-17.8Ni-1.7Cr计算出试验用钢的Ac3值,由公式Ac3+(30~50)和t=αkD确定其淬火温度和保温时间,制定的热处理工艺为:850℃×40min水淬,分别在500、550和600℃回火,保温时间均为35min,空冷。880℃×1h(空冷)正火。CO2腐蚀试验使用WHF-2.5型高温高压釜,腐蚀介质为模拟某油田地层水(介质成分见表1)。在试验前预先通入高纯N2气除氧2h,装入试样并密封,继续通入高纯N2气除氧2h,升温到90℃,CO2分压为2.5MPa(气体总压为6MPa),腐蚀时间48h。腐蚀完成后对试样进行处理,采用失重法计算腐蚀速率。

表1 腐蚀介质化学成分

离子类型

Na+、K+

Mg2+

Ca2+

Cl-

SO42-

HCO3-

总矿化度

含量/(mmol·L-1)

814.6

13.13

76.88

980

1.56

11.5

1897.67

X80管线钢经热处理后,组织发生明显变化,调质处理后得到的是索氏体,正火后得到的是珠光体。热处理过程中,针状铁素体都发生了不同程度的长大。

调质处理后,试样较原始硬度都有提高,850℃淬火+550℃回火试样的耐CO2腐蚀性能最好,腐蚀速率为0.5285mm/a,适当的热处理工艺可以提高X80管线钢的耐蚀性能。材料的耐蚀能力与自身的组织有密切关系,试验条件下,X80管线钢的原始组织主要为点蚀,调质处理试样出现均匀腐蚀,正火试样的局部存在明显点蚀。

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