(1)加入合金元素,提高鋼基體的電極電位,從而提高鋼的抗電化學(xué)腐蝕能力。—般加入Cr、Ni、Si等元素均能提高其電極電位。
 

　　在H₂S分壓和溫度變化的環(huán)境下,在常溫下裂紋敏感性最強(qiáng),這是由氫脆而引起的。在地層水(含有Cl^-)和冷凝水(不含Cl^-)的條件下,Mo含量增加時,SSC敏感性降低,特別是Mo含量為1.5%時,其耐SSC效果最佳。Mo可以使E-pH圖上低E低 pH條件下活化區(qū)大大縮小,提高合金抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕能力。—般Cr含量越高M(jìn)o的有利作用就越大。但是Mo添加過多,則會生成鐵素體,而使耐SSC特性急劇降低。
 

　　(2)加入合金元素使鋼的表面形成—層穩(wěn)定的、完整的與鋼的基體結(jié)合牢固的純化膜。從而提高鋼的耐化學(xué)腐蝕能力。如在鋼中加入Cr,Si,Al等合金元素,使鋼的表層形成致密的Cr₂O₃,Si0₂,A1₂0₃等氧化膜,就可提高鋼的耐蝕性。如果把鋼中的C含量降低,其腐蝕速度會變慢。這是由于C含量的降低使碳化物減少,以化合物形式存在的Cr含量也有減少,有助于耐腐蝕性能的固溶Cr含量則增加。而且,由于碳化物的陰極作用要加速腐蝕,所以碳化物的減少將使腐蝕速度得到控制。復(fù)合添加Cu,Ni元素的鋼材其腐蝕皮膜是結(jié)構(gòu)不均勻的非結(jié)晶體,因此具有良好的耐腐蝕性能。采用FE-TEM把電子束縮小到1nm進(jìn)行EDX分析,發(fā)現(xiàn)在腐蝕皮膜下面有Cu的富集層存在。因此也可以認(rèn)為,Cu促進(jìn)腐蝕生成物成為非結(jié)晶體,或者是在不存在氧的環(huán)境下金屬Cu處于穩(wěn)定狀態(tài),所以能提高鋼的耐腐蝕性能。
 

　　(3)加入合金元素使鋼在常溫時能以單相狀態(tài)存在,減少微電池數(shù)目從而提高鋼的耐蝕性。如加入足夠數(shù)量的Cr或Cr-Ni,使鋼在室溫下獲得單相鐵素體或單相奧氏體。加入Mn、N等元素,代替部分Ni獲得單相奧氏體組織,同時能大大提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。Cu的添加會改變不銹鋼中的相組成。在Cr+1.6%Mo為14%時,添加Cu可以形成馬氏體組織;Cr+1.6%Mo為20%時,未添加Cu的鋼則會生成鐵素體組織。
 

　　(4)稀土和其他微量元素的添加對合金抗蝕性能產(chǎn)生影響,如不銹鋼通過微合金化可進(jìn)一步改進(jìn)其性能,加入微量N能顯著提高不銹鋼的屈服強(qiáng)度和抗點(diǎn)蝕能力。添加微量稀土可起凈化和細(xì)化晶粒作用,從而改善合金的韌性。
 

H₂S環(huán)境下腐蝕機(jī)制及評價方法
 

　　耐蝕合金的種類很多,在油管中應(yīng)用的耐蝕合金針對不同的環(huán)境所選擇的材料也千差萬別。因此在不同環(huán)境下引起耐蝕合金產(chǎn)生環(huán)境斷裂的機(jī)制也有所不同,針對不同的機(jī)制需要選擇合適的評價方法。
 

　　腐蝕斷裂機(jī)制
 

　　如前所述耐蝕合金在H₂S環(huán)境下會出現(xiàn)環(huán)境斷裂,不同條件下引起斷裂的機(jī)理不同,主要有以下三類:室溫范圍內(nèi)出現(xiàn)的SSC(硫化物應(yīng)力開裂)、高溫范圍內(nèi)出現(xiàn)的SCC(應(yīng)力腐蝕開裂)以及與碳鋼耦合引起的GHSC(電偶?xì)鋺?yīng)力開裂)。
 

　　油管的不同類別的耐蝕合金因腐蝕引起潛在的開裂機(jī)理見表1。

表1不同耐蝕合金環(huán)境開裂機(jī)理

　　從表中可以看出,除馬氏體不銹鋼的主要開裂機(jī)理為SSC和GHSC外,其余用于油管的耐蝕合金系列主要開裂機(jī)理為SCC。
 

　　評價方法
 

　　(1)試驗(yàn)環(huán)境的選擇。對耐蝕合金油管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室H₂S環(huán)境下腐蝕開裂性能評價時,首先要考慮試驗(yàn)環(huán)境。因此在試驗(yàn)中需要控制和記錄的環(huán)境變量包括以下幾點(diǎn):
 

　　H₂S分壓、C0₂分壓、溫度、實(shí)驗(yàn)溶液的pH、酸化方法和pH控制、試驗(yàn)溶液的組成或分析、添加與否的元素硫以及不同金屬之間的電耦合(應(yīng)記錄面積比和耦合合金類型)。
 

　　在耐蝕合金油管的腐蝕評價過程中有一個基本的原則就是試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)至少與預(yù)期使用的環(huán)境—樣苛刻。因此H₂S分壓、氯化物濃度和元素硫濃度應(yīng)不小于應(yīng)用環(huán)境中的強(qiáng)度,且試驗(yàn)過程中pH值始終不大于使用環(huán)境的pH。對于特定應(yīng)用環(huán)境的情況,可能需要在不止一種的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。
 

　　對于預(yù)期的應(yīng)用環(huán)境不明確,特別是對供應(yīng)商來說可能具有不確定的用戶時,可以根據(jù)ISO1516給出的根據(jù)溫度、C0₂分壓、H₂S分壓和氯化物濃度相組合而定義的不同等級的試驗(yàn)環(huán)境以及借助于同類耐蝕合金提供的抗開裂環(huán)境限制的信息來選擇試驗(yàn)環(huán)境。
 

　　(2)實(shí)驗(yàn)室評價方法。NACE TM0177中給出了H2S環(huán)境中對耐蝕合金材料的SSC和SCC實(shí)驗(yàn)室評定方法。評價方法主要是基于對光滑試樣施加恒定載荷、持續(xù)載荷或者恒應(yīng)變,具體試驗(yàn)方法包括單軸拉伸試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和C環(huán)試驗(yàn)等。

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