Сравнение коррозионно-механических свойств стали 9Cr и стали 20CrMo для стержня в растворе кислоты
С увеличением срока эксплуатации крупных нефтяных месторождений в Китае, развитием морской добычи нефти и газа и продвижением технологии разработки нефтяных месторождений под высоким давлением среда эксплуатации насосных штанг развивается в сторону глубоких скважин, сильной коррозии, тяжелых нефть и так далее, а контактная среда становится все хуже и хуже. Основной механизм стержневой коррозии включает электрохимическую коррозию, коррозию CO2, коррозию H2S и т. д. Формы коррозии в основном делятся на равномерную и локальную коррозию, среди которых локальная коррозия в основном представляет собой коррозионную трещину, питтинговую коррозию и точечную коррозию. Для изготовления стержней обычно используется стержень из 20CrMo, особенно в нефтяных скважинах, содержащих H2S. Однако из-за неспособности удовлетворить требования сверхвысокой прочности и высокой коррозионной стойкости продолжают происходить аварии из-за разрушения, что серьезно влияет на добычу сырой нефти, увеличивает затраты на капитальный ремонт скважин и увеличивает затраты на добычу нефти.
Cr — относительно недорогой легирующий элемент, который повышает стойкость стали к кислотной и хлорной коррозии. Уменьшив содержание C, Mn, S и P, исследователи значительно увеличили содержание элемента Cr, чтобы изучить и разработать сверхвысокопрочную коррозионностойкую стержневую сталь с низким содержанием C и высоким содержанием Cr - 9Cr. Ввиду недостатка существующей высокопрочной и новой сверхвысокой прочной коррозионной стойкости насосной штанги в среде H2S, свойства защиты от коррозионного растрескивания H2S стали 20CrMo и новой стали 9Cr были охарактеризованы и сравнены с помощью испытаний на полное погружение в кислый раствор и медленной деформации. скорость испытания на растяжение.
Новый тип стали 0.08C-9Cr (далее - сталь 9Cr), используемой для изготовления насосных штанг, был разработан методом вакуумной индукционной плавки. Литую заготовку выдерживали при температуре 1200 градусов в течение 1 часа, а затем выковали в круглый стержень диаметром 25,4 мм. Конечная температура ковки составляла 900 градусов, а после ковки воздух охлаждался до комнатной температуры. Материалом для сравнения была сталь 20CrMo, используемая в стержне стандарта D GB/T26075-2010, образцы которого были отобраны непосредственно из готового стержня.
Процесс термообработки круглого стержня из стали 9Cr: нагрев до 860 градусов в течение 20 минут, затем охлаждение на воздухе до комнатной температуры, отпуск при 200 градусов в течение 1 часа, охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Процесс термообработки стали 20CrMo включает закалку на 880 градусов и высокотемпературный отпуск на 500 градусов. Сравнительный тест позволяет сделать следующие выводы:
(1) Результаты испытаний на погружение в раствор NACE и результаты установки показывают, что коррозионная стойкость стали 9Cr явно выше, чем у стали 20CrMo. Скорость коррозии стали 9Cr оставалась стабильной на протяжении всего этапа испытаний погружением. Скорость коррозии стали 20CrMo на начальном этапе погружения аналогична скорости коррозии стали 9Cr, а с увеличением времени выдержки скорость коррозии продолжает увеличиваться, что существенно выше, чем у стали 9Cr.
(2) Результаты испытаний на растяжение при медленной скорости деформации в среде H2S показывают, что прочность на разрыв и время разрушения стали 9Cr выше, чем у стали 20CrMo, но усадка ее сечения значительно ниже, чем у стали 20CrMo. Устойчивость стали 9Cr к сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением низкая, основная причина - использование низкотемпературного отпуска, более высокая прочность.
