N80钢硫化氢腐蚀行为研究

论文摘要

随着油气田的大量开发开采,目前我国多数油气田面临含H2S等腐蚀气体增加和含水量增强的局面,大大提高了石油采输设备发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性。而油、套管是油气采输过程中所需重要的管线设备,因此探讨和研究这类钢的硫化氢腐蚀行为对于油、气的安全开采,以及今后在实践中采取相应防护措施,减少重大经济损失及灾难性事故的发生具有积极的意义。N80钢是油、套管使用的主要材质,本文采用应力腐蚀试验机对N80钢母材及焊缝在H2S介质中进行慢应变速率拉伸腐蚀试验,研究H2S浓度和温度对N80钢母材及焊缝应力腐蚀敏感性的影响;并运用扫描电镜进行断口微观形貌分析,探讨其应力腐蚀开裂机理。运用电化学方法研究H2S浓度、Cl-浓度、pH值等腐蚀因素不同情况下N80钢的极化曲线特征,分析以上因素对硫化氢腐蚀速率产生的影响。通过应力腐蚀试验表明,随着H2S的加入,或者随着温度的升高,使所研究材料的断裂时间、延伸率、断面收缩率以及断裂吸收能量减小,应力腐蚀敏感性指数增加。并且,材料焊缝处的应力腐蚀敏感性指数比在同一腐蚀条件下母材的应力腐蚀敏感性指数高。通过扫描电镜对断口微观形貌分析可知,在空气中或H2S浓度很低时,N80钢的断口有大量的韧窝形状,呈韧性断裂特征,随着H2S浓度的不断增大,试件断口处韧窝减少,韧性断裂特征逐渐消失,断口形貌呈现为解理断裂,在主断面上产生大量的台阶状扩展的二次裂纹,具有典型的脆性断裂特征。运用电化学方法测定了N80钢在不同的H2S浓度、Cl-浓度、pH值下的阴极和阳极极化曲线,可以看出:酸性溶液中,H2S浓度和pH值对N80钢的腐蚀具有交互作用,当H2S浓度增加或溶液的pH值减小均促进N80钢的阳极反应的进行,从而加快了其腐蚀速率,且H2S对阳极过程影响的程度随溶液酸性的增强而增大;在溶液中加入Cl-后,Cl-与H2S、pH共同作用,使N80钢的极化曲线发生偏移,自腐蚀电流稍有增大,自腐蚀电位少量负移,腐蚀速率有增加趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、油气工业的腐蚀背景
• 二、油气田管道腐蚀的主要类型
• 三、管道腐蚀与防护研究现状
• 四、本课题的研究目的、意义及主要研究内容
• 第一章 硫化氢环境中的应力腐蚀理论
• 1.1 引言
• 1.2 应力腐蚀基本知识
• 1.2.1 应力腐蚀产生的条件
• 1.2.2 应力腐蚀的基本特征
• 1.3 应力腐蚀开裂类型
• 1.3.1 应力腐蚀开裂类型简介
• 1.3.2 阳极溶解型应力腐蚀机理
• 1.3.3 氢致开裂型应力腐蚀机理
• 1.4 应力腐蚀开裂研究方法
• 1.4.1 电化学方法
• 1.4.2 力学方法
• 1.4.3 物理方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 硫化氢电化学腐蚀过程及影响因素
• 2.1 引言
• 2.2 硫化氢电化学腐蚀过程
• 2.3 硫化氢导致的氢损伤过程
• 2.4 硫化氢腐蚀的影响因素
• 2.4.1 环境因素对硫化氢腐蚀的影响
• 2.4.2 材料因素对硫化氢腐蚀的影响
• 2.5 硫化氢腐蚀的防护与控制
• 2.5.1 硫化氢腐蚀防护措施的采取
• 2.5.2 硫化氢腐蚀的控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 N80 钢在硫化氢环境中的应力腐蚀试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验方法的确定
• 3.3 试验设备的安装与调试
• 3.4 试验材料的准备及试件的加工
• 3.5 试验介质的制备
• 3.6 应力腐蚀试验的过程
• 3.6.1 应力腐蚀试验方法及应变速率的确定
• 3.6.2 慢应变速率拉伸腐蚀试验过程
• 3.6.3 应力腐蚀敏感性的评价方法
• 3.7 N80 钢母材慢应变拉伸腐蚀试验结果分析
• 2S 浓度对 N80 钢母材应力腐蚀敏感性的影响'>3.7.1 H₂S 浓度对 N80 钢母材应力腐蚀敏感性的影响
• 3.7.2 温度对N80 钢母材应力腐蚀敏感性的影响
• 2S 浓度情况下断口微观形貌'>3.7.3 N80 钢母材在不同 H₂S 浓度情况下断口微观形貌
• 3.8 N80 钢焊缝的慢应变拉伸腐蚀试验结果分析
• 2S 浓度对N80 钢焊缝应力腐蚀敏感性的影响'>3.8.1 H₂S 浓度对N80 钢焊缝应力腐蚀敏感性的影响
• 3.8.2 温度对N80 钢焊缝应力腐蚀性敏感性的影响
• 2S 浓度情况下断口微观形貌'>3.8.3 N80 钢焊缝在不同H₂S 浓度情况下断口微观形貌
• 3.9 本章小结
• 第四章 N80 钢硫化氢腐蚀的电化学研究
• 4.1 引言
• 4.2 电化学试验方法的选择
• 4.3 电化学试验设备
• 4.4 电化学试样的制备
• 4.5 电化学试验溶液的设计
• 2S 溶液中钝化曲线的测定'>4.6 N80 钢在H₂S 溶液中钝化曲线的测定
• 4.6.1 金属的钝化及钝化曲线测定
• 2S 浓度溶液中的钝化曲线'>4.6.2 N80 钢在不同H₂S 浓度溶液中的钝化曲线
• 4.6.3 N80 钢在不同酸性溶液中的钝化曲线
• 2S 溶液中极化曲线的测定'>4.7 N80 钢在H₂S 溶液中极化曲线的测定
• 4.7.1 金属的极化和极化曲线测定
• 2S 浓度和pH 值交互作用下的极化曲线'>4.7.2 N80 钢在H₂S 浓度和pH 值交互作用下的极化曲线
• -后的极化曲线'>4.7.3 N80 钢在溶液中加入Cl^-后的极化曲线
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要