Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах
Досліджено корозійні та корозійно-механічні властивості низьколегованої сталі 35ХФ у сірководневих середовищах. Визначено корозійну тривкість та опірність ініційованому воднем розтріскуванню різних плавок цієї сталі в розчині NACE та синтетичній морській воді. Встановлено опірність сірководневому ко...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134686 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах / Г.В. Чумало // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 116-119. — Бібліогр.: 3 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134686 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чумало, Г.В. 2018-06-14T06:56:53Z 2018-06-14T06:56:53Z 2010 Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах / Г.В. Чумало // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 116-119. — Бібліогр.: 3 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134686 620.194 Досліджено корозійні та корозійно-механічні властивості низьколегованої сталі 35ХФ у сірководневих середовищах. Визначено корозійну тривкість та опірність ініційованому воднем розтріскуванню різних плавок цієї сталі в розчині NACE та синтетичній морській воді. Встановлено опірність сірководневому корозійному розтріскуванню під напруженням сталі у розчині NACE. Показано, що сталь 35ХФ можна використовувати для виготовлення відповідальних деталей водопідіймальної колони для перекачування пластової води. Исследовано коррозионные и коррозионно-механические свойства низколегированной стали 35ХФ в сероводородсодержащих средах. Определена коррозионная стойкость и сопротивление растрескиванию, инициированному водородом, разных плавок этой стали в растворе NACE и синтетической морской воде. Установлена сопротивляемость сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением стали в растворе NACE. Показано, что ее можно использовать для изготовления ответственных деталей водоподъёмной колонны для перекачки пластовой воды. Corrosion and corrosion- mechanical properties of 35ХФ low-alloy steel have been studied. Corrosion rate and hydrogen-induced cracking resistance for different melting of this steel in NACE solution and synthetic sea water have been determined. Sulfide stress corrosion cracking resistance of steel in NACE solution has been established. It has been shown that 35ХФ steel can be used for production of important elements of water-rising column, used for brine water transportation. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах Работоспособность стали 35ХФ в сероводородных средах Service ability of 35ХФ steel in hydrogen sulphide environments Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах |
| spellingShingle |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах Чумало, Г.В. |
| title_short |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах |
| title_full |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах |
| title_fullStr |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах |
| title_full_unstemmed |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах |
| title_sort |
роботоздатність сталі 35хф у сірководневих середовищах |
| author |
Чумало, Г.В. |
| author_facet |
Чумало, Г.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Работоспособность стали 35ХФ в сероводородных средах Service ability of 35ХФ steel in hydrogen sulphide environments |
| description |
Досліджено корозійні та корозійно-механічні властивості низьколегованої сталі 35ХФ у сірководневих середовищах. Визначено корозійну тривкість та опірність ініційованому воднем розтріскуванню різних плавок цієї сталі в розчині NACE та синтетичній морській воді. Встановлено опірність сірководневому корозійному розтріскуванню під напруженням сталі у розчині NACE. Показано, що сталь 35ХФ можна використовувати для виготовлення відповідальних деталей водопідіймальної колони для перекачування пластової води.
Исследовано коррозионные и коррозионно-механические свойства низколегированной стали 35ХФ в сероводородсодержащих средах. Определена коррозионная стойкость и сопротивление растрескиванию, инициированному водородом, разных плавок этой стали в растворе NACE и синтетической морской воде. Установлена сопротивляемость сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением стали в растворе NACE. Показано, что ее можно использовать для изготовления ответственных деталей водоподъёмной колонны для перекачки пластовой воды.
Corrosion and corrosion- mechanical properties of 35ХФ low-alloy steel have been studied. Corrosion rate and hydrogen-induced cracking resistance for different melting of this steel in NACE solution and synthetic sea water have been determined. Sulfide stress corrosion cracking resistance of steel in NACE solution has been established. It has been shown that 35ХФ steel can be used for production of important elements of water-rising column, used for brine water transportation.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134686 |
| citation_txt |
Роботоздатність сталі 35ХФ у сірководневих середовищах / Г.В. Чумало // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 116-119. — Бібліогр.: 3 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT čumalogv robotozdatnístʹstalí35hfusírkovodnevihseredoviŝah AT čumalogv rabotosposobnostʹstali35hfvserovodorodnyhsredah AT čumalogv serviceabilityof35hfsteelinhydrogensulphideenvironments |
| first_indexed |
2025-11-27T05:47:49Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:47:49Z |
| _version_ |
1850803232312393728 |
| fulltext |
116
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2010. – ¹ 3. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.194
РОБОТОЗДАТНІСТЬ СТАЛІ 35ХФ У СІРКОВОДНЕВИХ
СЕРЕДОВИЩАХ
Г. В. ЧУМАЛО
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено корозійні та корозійно-механічні властивості низьколегованої сталі
35ХФ у сірководневих середовищах. Визначено корозійну тривкість та опірність
ініційованому воднем розтріскуванню різних плавок цієї сталі в розчині NACE та
синтетичній морській воді. Встановлено опірність сірководневому корозійному роз-
тріскуванню під напруженням сталі у розчині NACE. Показано, що сталь 35ХФ
можна використовувати для виготовлення відповідальних деталей водопідіймальної
колони для перекачування пластової води.
Ключові слова: сталь, сірководень, корозійне розтріскування, корозійна трив-
кість, ініційоване воднем розтріскування, пластова вода.
Сірководень, який міститься у технологічних продуктах багатьох галузей
промисловості, – надзвичайно агресивний компонент, що спричиняє корозій-
ні, корозійно-водневі та корозійно-механічні руйнування обладнання. Конст-
рукційні матеріали вибирають, ураховуючи їх механічні властивості та
результати про корозійну тривкість і опірність розтріскуванню в технологіч-
них середовищах, які частково отримують з досвіду експлуатації, а на стадії
проектування – на підставі лабораторних досліджень.
Стандарт NACE MR0175-96 [1] встановлює умови для газових і нафто-
вих родовищ, за яких слід використовувати матеріали, тривкі до сірководне-
вого корозійного розтріскування під напруженням (СКРН). Нестандартизова-
ним, але загальноприйнятим критерієм опірності сталей СКРН вважають по-
рогове напруження, визначене у сірководневому розчині NACE (5% NaCl +
+ 0,5% CH3COOH + H2Ssat., pH 3…4, 20°С) на базі 720 h: якщо σSSC ≥ 0,8σ0,2, сталь
придатна до експлуатації. Під час експлуатації обладнання у середовищах з
високим вмістом сірководню (нафті й газі, пластових водах) тріщини в сталях
утворюються не лише внаслідок СКРН, але і в результаті воднем ініційовано-
го розтріскування (ВІР). Під останнім розуміють зародження тріщин за від-
сутності навантажень під дією високого тиску молекулярного водню біля
внутрішніх дефектів (включень), розшарувань, поверхневого пухиріння (бліс-
терінг). ВІР проявляється в утворенні внутрішньоструктурних тріщин, пере-
важно орієнтованих вздовж напряму вальцювання труб та інших деталей.
Сталі досліджують на схильність до ВІР, оскільки такий тест обов’язковий
під час вибору матеріалів для трубопроводів та іншого обладнання, призначе-
них для транспортування продуктів з домішками сірководню.
Слід зауважити, що чутливість сталей до СКРН залежить від концентра-
ції і парціального тиску Н2S. Якщо на родовищах з порівняно невисоким
вмістом сірководню використовувати матеріали із завищеною тривкістю до
СКРН та ВІР, то це призведе до невиправданих затрат на облаштування родо-
Контактна особа: Г. В. ЧУМАЛО, e-mail: gchumalo@ipm.lviv.ua
mailto:gchumalo@ipm.lviv.ua
117
вищ, а якщо з недостатньою – може відбутися руйнування обладнання з непе-
редбачуваними наслідками.
Нижче досліджено роботоздатність низьколегованої сталі 35ХФ у сірко-
водневих середовищах та оцінено можливість її використання для виготов-
лення відповідальних деталей водопідіймальної колони для перекачування
пластової води.
Матеріали та методи випробувань. Вивчали сталь 35ХФ (ТУ 39-0147016-
122-2000) виробництва ВАТ “Нижньодніпровський трубопрокатний завод”
(табл. 1 і 2). Сталь виплавлена в мартенівській печі, оброблена РЗМ, вакуумо-
вана та звальцьована. Досліджено зразки: від труби розміром 273×10,2 mm у
вигляді сегмента висотою 130 mm (з труб виготовляють гільзи водопідіймаль-
ної колони); від прокату розміром 360×75 mm у вигляді сегмента висотою
130 mm і товщиною стінки 45 mm (для з’єднувальних замків-муфт та ніпе-
лів); від поковок розмічених розмірів у вигляді сегмента від кільця висотою
130 mm (з поковок виготовляють з’єднувальні фланці).
Таблиця 1. Фактичний хімічний склад сталі 35ХФ (вміст елементів у mass.%)
Виріб C Mn Si P S Cr Ni Cu Al V
Труба,
плавка 22742 0,33 0,55 0,26 0,004 0,007 0,60 0,24 0,05 0,027 0,064
Замки і
фланці,
плавка 21742
0,35 0,58 0,27 0,004 0,007 0,59 0,24 0,05 – –
Таблиця 2. Вимоги до хімічного складу металу (ТУ 39–0147016–122-2000)
(вміст елементів у mass.%)
Сталь C Mn Si P S Cr Ni Al V
35ХФ 0,26...
0,36
0,45...
0,65
0,17...
0,37 ≤0,015 ≤0,015 0,5...
0,7
0,2...
0,5
0,02...
0,04
0,06...
0,1
Деталі виготовлені і термічно оброблені на ТОВ “Дніпропетровський за-
вод бурового обладнання” згідно з ТУ 27.2-32698053-007-2005 на водопідій-
мальну колону для відкачування пластових вод: σВ = 550 МРа (не менше),
σ0,2 = 450…620 МРа. Фактичні механічні властивості металу виробів: σВ =
= 690 МPа, σ0,2 = 500 МPа для труби; σВ = 550 МРа, σ0,2 = 450 МРа для замків
та фланців. Для оцінки опірності СКРН випробовували стандартні зразки діа-
метром робочої частини 6,4 mm під статичним навантаженням на установках
важільного типу. Експерименти виконано згідно зі стандартом NACE TM0177-90
[2] у сірководневому розчині NACE (5% NaCl + 0,5% CH3COOH, насичення
H2S до 3500 mg/l, рН 3,0; 22+3°С).
Для визначення схильності до ВІР [3] ненапружені плоскі зразки витриму-
ють впродовж 96 h (за необхідності витримку збільшують до ∼200 h) у сірко-
водневому розчині. Швидкість корозії визначали масометричним методом за
втратою маси зразка за одиницю часу з одиниці поверхні: Km = (m0 – m1) / Sτ,
g/(m2 ⋅ h), де m0 – маса вихідного зразка, g; m1 – маса зразка після випробувань, g;
S – площа поверхні зразка, m2; τ – час випробувань, h.
Корозивними середовищами для досліджень швидкості корозії та схиль-
ності до ВІР служили стандартний розчин NACE та розчин-імітатор пласто-
вих вод нафтових родовищ, насичений сірководнем. Склад розчину-імітато-
118
ра, розрахований на основі аналізу пластових вод 40 нафтових родовищ Тю-
мені та Долинського нафтового родовища, такий: Na++ K+ – 15,96 g/l, Са2+–
2,30 g/l, Mg2+ – 0,335 g/l, K+ – 0,179 g/l, Cl – – 27,26 g/l, SO4
2– – 1,20 g/l, НСО3
–
– 2,35 g/l, СО3
2– – 0,78 g/l. Загальна мінералізація – 49,48 g/l, рН 6,3…6,4 (до
насичення сірководнем), після насичення розчину H2S – pH ∼ 5,0.
Результати випробувань та обговорення. Схильність сталі до СКРН
(табл. 3) досліджували за напружень, визначених замовником (ТОВ “Дніпропет-
ровський завод бурового обладнання”): для труб – 0,8σ0,2 min та 0,7σ0,2 min, де σ0,2 min =
= 500 МРа; для замків та фланців – 0,7σ0,2 min та 0,6σ0,2 min, де σ0,2 min = 450 МРа
Таблиця 3. Сірководневе корозійне розтріскування під напруженням
зразків (∅6,4 mm) зі сталі 35ХФ
Найменування виробу σ0,2min,
МPа
Навантаження
σSSC, МPа σSSC / σ0,2min
Час до
руйнування, h
500 400 0,8 620
Труба, плавка 22742
500 350 0,7 720*
450 315 0,7 720*
Замки, плавка 21742
450 270 0,6 720*
450 315 0,7 720*
Фланці, плавка 21742
450 270 0,6 720*
*) зразки не зруйнувалися за вказаний час випробувань.
Як бачимо, зразки (плавка 21742) пройшли повний цикл випробувань за
напружень 0,7σ0,2 min і 0,6σ0,2 min, порогове напруження становить 0,7σ0,2 min, що
відповідає 315 МPа. Це свідчить про високу опірність матеріалу СКРН під
напруженням і підтверджує можливість застосування прокату та поковки зі
сталі 35ХФ для виготовлення деталей обладнання, яке працює в контакті з
технологічними сірководневими середовищами. Встановлено, що лише два
зразки з п’яти не зруйнувалися впродовж 720 h під навантаженням 0,8σ0,2 min.
Мінімальний час до руйнування 620 h. Під навантаженням 0,7σ0,2 min усі зраз-
ки витримали повну базу випробувань і не зруйнувалися. Це свідчить про
опірність СКРН сталі під напруженням 0,7σ0,2 min.
Зразки (плавка 21742) успішно пройшли випробування у пластовій воді,
насиченій сірководнем, та розчині NACE і не виявили схильності до ВІР ні
через 96 h, ні через 200 h. Не зафіксовано також поверхневого пухиріння
(блістерів) на поверхні зразків. Зразки (плавка 22742) у середовищі NACE за-
знали пухиріння (див. рисунок).
Зразок з трубної сталі після випробувань на ВІР у розчині NACE.
Specimens from the pipe steel after HIC testing in NACE solution.
Однак у менш агресивному середовищі-імітаторі пластової води всі
зразки з трубної сталі успішно пройшли випробування і не зазнали ВІР та
пухиріння. Результати досліджень швидкості загальної корозії зразків зі сталі
119
35ХФ, виконані у сірководневих середовищах NACE та розчині-імітаторі
пластової води, подано в табл. 4.
Таблиця 4. Швидкість корозії зразків зі сталі 35ХФ
Розчин NACE Розчин-імітатор пластової води +H2S (нас.) Найменування виробу
зі сталі 35ХФ g/(m2⋅h) mm/year g/(m2⋅h) mm/year
Труба, плавка 22742 0,4761 0,5304 0,0829 0,0924
Замки, плавка 21742 0,5556 0,6190 0,0759 0,0846
Фланці, плавка 21742 0,5201 0,5794 0,0847 0,0944
Встановлено, що середні значення швидкості корозії зразків різних пла-
вок у середовищі NACE знаходяться в межах 0,5304...0,6190 mm/year, а в син-
тетичній пластовій воді 0,0846...0,0944 mm/year. Отже, середовище NACE
значно агресивніше, оскільки в середньому швидкість загальної корозії зраз-
ків у пластовій воді в 6,4 рази нижча, ніж у ньому.
ВИСНОВКИ
Виявлено, що вальцьована та кована сталь 35ХФ має високу опірність
СКРН; її порогове напруження становить 0,7σ0,2 min, що відповідає 350 МPа для
трубної сталі та 315 МPа для прокату та ковки (замки та фланці). Показано, що
замки та фланці у пластовій воді, насиченій сірководнем, та розчині NACE не
виявили схильності до ВІР. Зразки з трубної сталі у середовищі NACE зазнали
пухиріння, однак у менш агресивному середовищі-імітаторі пластової води цих
ознак немає. Середнє значення швидкостей корозії зразків зі сталі 35ХФ всіх
видів (труба, замки, фланці) одного порядку і відрізняється суттєво. Враховуючи
високу опірність СКРН, відсутність проявів поверхневого пухиріння та ВІР, а
також невисоку швидкість загальної корозії у пластовій воді, сталь 35ХФ можна
використовувати для виготовлення відповідальних деталей водопідіймальної ко-
лони, призначеної для перекачування пластової води.
РЕЗЮМЕ. Исследовано коррозионные и коррозионно-механические свойства низко-
легированной стали 35ХФ в сероводородсодержащих средах. Определена коррозионная
стойкость и сопротивление растрескиванию, инициированному водородом, разных пла-
вок этой стали в растворе NACE и синтетической морской воде. Установлена сопротив-
ляемость сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением стали в
растворе NACE. Показано, что ее можно использовать для изготовления ответственных
деталей водоподъёмной колонны для перекачки пластовой воды.
SUMMARY. Corrosion and corrosion- mechanical properties of 35ХФ low-alloy steel have
been studied. Corrosion rate and hydrogen-induced cracking resistance for different melting of
this steel in NACE solution and synthetic sea water have been determined. Sulfide stress
corrosion cracking resistance of steel in NACE solution has been established. It has been shown
that 35ХФ steel can be used for production of important elements of water-rising column, used
for brine water transportation.
1. NACE Standard MR0175-96. Standard Material Requirements. Sulfide Stress Cracking
Resistance Metallic Materials for Oilfield Equipment. – Houston, Tx.: National Association
of corrosion Engineers (NACE). – 1996. – 30 p.
2. NACE Standard TM0177-90. “Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals for Re-
sistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environment”. – Houston, Texas, 1990. – P. 22.
3. NACE Standard TM0284 – 2003. Standard Test Method Evaluation of Pipeline and Pressure
Vessel Steels for Resistance to Hydrogen – Induced Cracking. – Houston, Tx.: National
Association of Corrosion Engineers (NACE), 2003. – 15 p.
Одержано 22.01.2010
|