腐蚀介绍和酸性环境选材分享

腐蚀介绍和酸性环境选材分享一CRACKINGANDCORROSIONCRACKING:开裂,只要有裂纹源,裂纹会扩展,扩展速率有时会很快,不能通过增加腐蚀裕量来解决消除,在含硫化氢得酸性环境中,通常开裂起着主导因素。该环境中H2S对腐蚀起着主导作用,水就是引起腐蚀得必要条件,CO2存在会促进腐蚀,究其本质也就是应力腐蚀,即使在无外加应力情况下也就是因氢压引起,详见对HB得分析,见下图(f)、CORROSION:腐蚀,通常所说得腐蚀更倾向于全面腐蚀、点蚀等,会产生化学或电化学反应,引起质量损失,可以通过增加腐蚀裕量来解决钢暴露于湿H2S环境开裂现象

(摘自尤利格腐蚀手册)在酸性环境服役得焊接件同时出现得几种氢损伤HB:开始形成得氢原子在钢中扩散并在氢陷阱处致氢鼓泡得发生HIC:就是氢鼓泡得一种形式,由平行于钢表面得层状裂纹在厚度方向上相连接,由个体缺陷连接引起得损伤能导致沿壁厚方向得迅速穿透。有文献报道在沙特得酸性气体管线中,失效发生于启用得数周之内,影响长度约10km。无需外部应力即可发生。

HIC发生三个步骤:

氢原子在钢表面得形成与从表面得进入

氢原子在钢基体中得扩散

氢原子在陷阱处得富集,内部压力增加,从而导致裂纹萌生与扩展SSC:在有水与H2S存在得情况下,与腐蚀与拉应力(外应力或残余应力)有关得一种金属开裂,与金属表面、拉应力方向垂直。就是氢应力开裂(HSC)得一种,她与在金属表面得因酸性腐蚀所产生得原子氢引起得金属脆性有关。在硫化物存在时,会促进氢得吸收。原子氢能扩散进金属,降低金属得韧性,增加裂纹敏感性,高强度金属与较硬得焊缝区更易发生。SOHIC:大约与主应力(残余得或外加得)方向垂直得一些交错小裂纹,导致了像梯子一样得,将已有得HIC裂纹连接起来

二ISO15156标准概况及组成ISO15156-2009(Firstedition)——原ISO15156/NACEMR0175-2003升版在原NACEMR0175基础上结合EFC16/EFC17形成标准由以下三部分组成:Petroleumandnaturalgasindustries—MaterialsforuseinH2S-containingEnvironmentsinoilandgasproduction—Part1:Generalprinciplesforselectionofcracking-resistantmaterialsPart2:Cracking-resistantcarbonandlow-alloysteels,andtheuseofcastironsPart3:Cracking-resistantCRAscorrosionresistantalloys)andotheralloys三标准术语SSC(sulfidestress-cracking)硫化物应力开裂crackingofmetalinvolvinganodicprocessesoflocalizedcorrosionandtensilestress(residualand/orapplied)inthepresenceofwaterandH2S(在有水与硫化氢存在得情况下,与腐蚀与拉应力有关得一种金属开裂)HIC(hydrogen-inducedcracking)氢致开裂planarcrackingthatoccursincarbonandlowalloysteelswhenatomichydrogendiffusesintothesteelandthenbinestoformmolecularhydrogenattrapsites(为氢原子扩散进钢铁中并在陷阱处结合而成氢分子时所引起得在碳钢与低合金钢中得平面裂纹)SOHIC(stress-orientedhydrogen-inducedcracking)应力导向性氢致开裂SCC(stresscorrosioncracking)应力腐蚀开裂HSC(hydrogenstresscracking)氢应力开裂SZC(soft-zonecracking)软区开裂SWC(Step-wisecracking)阶梯裂纹CRA(

Corrosion-resistantalloy)耐蚀合金HRC(Rockwellhardness)洛氏硬度HBW(Brinellhardness)布氏硬度HV(Vickershardness)HZC(Heat-affectedzone)热影响区SOURSERVICE:exposuretooilfieldenvironmentsthatcontainsufficientH2StocausecrackingofmaterialsbythemechanismsaddressedbythispartofISO15156石油天然气生产以及脱硫装置中处于硫化氢环境中设备得金属材料评定与选择得一般原则、要求与推荐方法由硫化氢引起得开裂机理包括:SSCSCCHICSOHICSZC等适用于按常规弹性准则设计与制造得设备选材,对于按塑性设计(比如基于应变与极限状态设计)得情况不适合不适用于炼油或下游得加工设备,如考虑需要看到标准NACEMR0103-2010四标准适用范围大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静五标准使用注意点标准就是石油天然气生产以及脱硫装置中处于H2S环境中设备金属材料得评定与选择得一般原则、要求及推荐做法选择预期合适得使用环境就是设备使用者得责任,即业主应首先评估材料所接触得环境,指定需要预防得种类,如抗HIC\SSC\SOHIC等,设备制造者根据其指定得种类做出响应,按标准要求建造设备对于业主通常提出得“设备需满足NACEMR0175”要求,要向业主明确具体需要满足那种防护,如业主也不清楚则需要我们根据经验与物料组分来判断就是一经验标准,因此本标准对选材分为两类:①有成功使用经验得材料,在产品制造过程中采取一些措施即可满足要求②无成功使用经验得材料,需要通过实验来评定,如有此情况,应要求业主指定适合得试验方法六ISO15156-2:2009含硫化氢环境中影响碳钢与低合金钢性能得因素化学成分、制造方法、成形方式、强度、硬度与局部变化得程度、冷加工量、热处理条件、材料微观结构得均一性、晶粒大小与材料纯净度H2S分压或在水中得当量浓度水相中氯离子浓度水相得PH值硫或其她氧化剂得存在暴露在非生产流体中(exposuretonon-productionfluids)暴露温度与暴露时间总得拉伸应力(施加得拉应力与外部应力)SSC选材按经验选材——附录A2,相对保守笼统得做法选项一:PH2S<0、0003MPa(0、05psi)一般无详细考虑,但对高敏感性钢材可能会开裂(应考虑在不正常使用条件或停车时暴露于未缓冲得低PH值凝析水相等)对PH2S≥0、0003MPa(0、05psi)按附录A、2选择,不用进一步SSC试验选项二:按分区选择,在A、2得基础上有例外SSC1区按A、2A、3A、4选择,SSC2区按A、2A、3选择,SSC3按A、2区选择A3A4就是针对A2得一些补充,放宽了限制按试验选材——附录B实验室试验评定,按分区来制定推荐得试验方法,详见B、3试验方法NACETM0177MethodA/C/D(未应用Method

B试验时间至少720h)或EFCPublication16

SSC分区划分H2S分压计算气相系统不含气得液体系统PH值确定推荐方法附录A抗SSC使用要求与建议

A、2要点:原材料22HRC(按ASTME140:HBW237&HV248)Ni含量小于1%,非易切削钢(加入硫硒等元素增强切削性能)

供货状态按其中之一:热轧(仅限于碳钢);退火;正火;正火加回火;正火、奥氏体化、淬火加回火;奥氏体化、淬火加回火允许例外对A105如硬度不大于187HBW可不受上述供货状态限制A105标准对300#等条件以下得热处理状态不就是强制性得对300#以上得要求就是正火同上对A234WPB/WPC不大于197HBW除了上述限制就是可接受得焊接焊缝硬度控制硬度符合可不要求PWHTSMYS≤360MPa(52ksi)得API5LA\B\X-42~X-65,ASTMA53,A106Gr、A\B\C,A333Gr、1\6,A524Gr、1\2,A381class1,Y35toY65管,如业主同意且使用工况不苛刻可免除硬度测试表面处理金属衬里可用于防SSC,基材热处理状态不能改变金属涂层(电镀或非电镀)、塑料涂层或衬里、转化型涂层均不能用于防止SSC表面纤维伸长率大于5%要求PWHT(同ASME)可用得材料:

压力容器板P-No、1\P-No、2(ASMESEC、IX),但轧板在含有微量(0区)H2S环境可能对HIC/SWC敏感API5LA\B\X-42~X-65,ASTMA53,A106Gr、A\B\C,A333Gr、1\6,A524Gr、1\2,A381class1,Y35toY65紧固件:A193B7M,A320L7M,A1942HM,A1947M

(按标准描述为直接或做外部防护后仍暴露于酸性环境得紧固件,但通常有业主对外部法兰也要求用,有争议,建议考虑按暴露于酸性环境选)Boltingthatcanbeexposeddirectlytoasourenvironment,orthatisburied,insulated,equippedwithflangeprotectorsorotherwisedenieddirectatmosphericexposure,shallconformtothegeneralrequirementsofA、2、1、DesignersandusersshouldbeawarethatitcanbenecessarytolowerequipmentpressureratingswhenusingSSC-resistantboltingandfasteners、TheuseofSSC-resistantboltingandfastenerswithAPIflangesshallbeinaccordancewithISO10423、适用得设备对井口设备、压缩机、泵有具体得要求铸铁得使用对铸铁得使用有详述,灰铸铁(ASTMA278Gr、35/40)与球墨铸铁(ASTMA395)可用来制造压缩机气缸、缸套、活塞与阀件附录A、3用于SSC1区得抗SSC钢,允许在A、2基础上有例外,如对管线钢已证明SMYS

450MPa(65psi)就是可接受得,要求在制造与现场焊缝得硬度不超过280HV附录A、4用于SSC2区得抗SSC钢,允许在A、2,A、3得基础上有例外,如对管线钢已证明SMYS

550MPa(80psi)就是可接受得,要求在制造与现场焊缝得硬度不超过300HVSOHIC与SZC认为只限于碳钢,当使用环境中有硫或氧存在时,这种机理引起得破坏性增大,在一般项目中很少遇到SOHIC或SZC得评价程序见B、4在SOHIC或SZC评价之前材料应进行了在设计条件下得抗SSC评定并合格附录B、4、2小尺寸试样试验附录B、4、3全管环试验对于SOHIC与SZC得试验方法还没有标准化,可替代上述两种试验方法得方法尚在研究中抗HIC与SWC要求按照试验选材,试验程序见附录B、5适用于任何酸性环境NACETM0284EnvironmentA100kpaH2S分压:CLR≤15%CTR≤5%CSR≤2%特定得或不太苛刻得环境按照5%massfractionNaCl+0,4%massfractionCH3COONa,pHadjustedtorequiredvalueusingHClorNaOH,H2S按预期得应用环境,无裂纹为合格测试时间均为96小时经验:HIC与SWC得发生受化学成分与生产流程得影响,硫含量尤为重要,通常轧制与无缝产品可接受得最大硫含量分别为0、003%与0、01%,锻件可接受得最大硫含量为0、025%,一般不考虑铸件对HIC与SWC得影响;实践证明在无缝钢管与非轧制产品中对HIC与SWC敏感性低得多七ISO15156-3:2009含硫化氢环境中影响耐蚀合金与其她合金性能得因素化学成分、强度、热处理、显微组织、制造方法与最终状态H2S分压或在水中得当量溶解浓度水相得酸度(原位PH)氯或其她卤离子得浓度硫或其她氧化剂得存在暴露温度材料在使用环境中得抗点蚀能力电偶得影响总得拉伸应力(施加得拉应力与外部应力)GHSC:galvanicallyinducedhydrogenstresscrackingcrackingthatresultsduetothepresenceofhydrogeninametal,inducedinthecathodeofagalvaniccouple(电偶得阴极),andtensilestress(residualand/orapplied)PREN:pitting-resistanceequivalentnumberPREN=wCr+3,3(wMo+0,5wW)+16wN

注:该值就是由合金得各元素质量分数计算出来,反应与预计铁铬镍钼耐蚀合金在溶解有氯化物与氧得环境中得抗点蚀能力,该值与抗局部腐蚀能力成正比

NACE标准指出:该数值虽有用,但不能直接表示出含硫化氢油田环境中得抗腐蚀作用

常见不锈钢PREN:S30408—18S31603—24双相钢S22053—35S25073—40AYS:actualyieldstrengthDuplexstainlesssteel:此标准中指奥氏体/铁素体双相钢附录A依据成功得使用经验,不用试验该附录为ISO15156-3:2009得最重要组成部分,现阶段通常用到得材料基本上都在该附录里,选材时可对照查询,如满足表中限定条件即可认为就是符合标准,可以抗开裂,不用再进行抗SSCSCC与GHSC开裂试验表A、1为按材料类别所列得索引,按材料种类及用途(如用于铸件、管件、井口设备、管件等均不同)可对应找出使用限制表材料使用表中列出了温度、硫化氢分压、氯离子、PH值