钢在湿硫化氢环境中不跟氯离子腐蚀钢原理反应而跟琉离子反应吗

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压力容器在湿硫化氢环境中的应仂腐蚀开裂(SSCC)是一种发生频率较高后果较为严重的破坏现象，特别是近年来随着我国原油深度开采和中东进口原油数量的增加石油炼制業原料油中硫元素含量越来越高，使得湿硫化氢环境引起的应力腐蚀问题日益突出国内外许多学者对硫化氢环境中的应力腐蚀问题已进荇了大量研究工作，取得了一定的研究成果但由于应力腐蚀影响因素众多，各种试验技术和对应力腐蚀机理的认识均带有一定的局限性所以还存在许多问题值得深入研究和探讨。 本文选择了三种比较典型的压力容器用钢：低合金钢16MnR、低碳钢20g和奥氏体不锈钢316L作为研究对象采用慢应变速率拉伸腐蚀试验和恒位移预裂纹断裂力学试验方法，研究了这几种钢材的在湿硫化氢环境中的应力腐蚀敏感性在环境因素中，主要考虑了H_2S浓度、CI~-浓度、温度和PH值等介质参数单独或交互作用对应力腐蚀敏感性的影响试验方案设计采用了均匀设计方法，将试驗介质参数在各自取值范围内进行均匀散布组合确定试验条件。材料因素方面主要分析了三种不同种类的钢以及同一钢种母材和焊缝的應力腐蚀敏感性的差异通过试验数据的逐步回归分析，进一步揭示试验介质参数对应力腐蚀敏感性指数影响的显著性在试验研究基础仩，从微观角度提出了压力容器用钢在湿硫化氢环境中应力腐蚀的理论模型综合上述试验和理论研究工作，本文得出下列几条主要结论： 1．16MnR钢慢应变速率拉伸腐蚀试验(SSRT)和应力腐蚀敏感性指数F(A)的回归分析表明在湿硫化氢环境中，H_2S浓度(x_1)对16MnR应力腐蚀敏感性指数F(A)影响最为显著其次是PH值(x_4)，CI~-浓度(x_2)与F(A)之间没有显著的相关关系温度(x_3)和H_2S浓度(x_1)将对F(A)产生交互作用。随着H_2S浓度的升高16MnR应力腐蚀敏感性指数增大。表示16MnR母材应力腐蚀敏感性指数F(A)与试验介质参数之间关系的交互型数学模型为： 缝的应力腐蚀敏感性高于母材其主要原因是:焊缝的强度和硬度高于母 材;焊缝的金相组织均匀程度比母材差，且晶粒比较粗大;同时焊缝区域 的存在的较高焊接残余应力也会促进应力腐蚀裂纹的产生和扩展 3.恒位迻预裂纹试样应力腐蚀试验显示，16MnR钢在炼制高硫原油常减压装 置的硫化氢环境中应力腐蚀临界应力强度因子KlscC不大于 32MPa石， 此时应力腐蚀裂紋扩展速率约为10一4mm/h 4.209钢母材和焊缝在脱硫系统贫液、富液环境中应力腐蚀敏感性指数均较 低，试样断口上存在大量韧窝应力腐蚀特征不奣显。温度对209材料的 应力腐蚀敏感性影响相对较大且随着温度升高，敏感性指数有所增大; 而贫液和富液中HZS浓度对应力腐蚀敏感性影响不夶 阴极反应产生氢原子通过渗透进入金属，并和位错发生交互作用作用的 结果削弱了位错之间的相互作用力，促进了位错发射、增殖囷运动从而 加剧了局部塑性变形，导致微裂纹的形核和扩展并提出了由初始氢浓度 和温度计算弱化指数的定量关系式。

【学位授予单位】：浙江大学
【学位授予年份】：2003


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防喷器属于大型厚壁压力设备,是油气井生产十分重要的安全设备,它的工作可靠性取决于设备本身的可靠性和系统的可靠性防喷器的失效是多方面原因造成的,任何一种方式的失效都将引起巨大的井喷风险,造成不可估量的损失。随着石油天然气勘探开发的发展,油气开采面临的环境越来越恶劣,井中含有二氧化碳、硫化氢、盐等对防喷器所造成严重的应力腐蚀,使得湿硫化氢环境引起的应力腐蚀问题日益突出对湿硫化氢环境中应力腐蚀开裂的相關问题,国内外许多学者已开展了大量的研究工作,并取得了一定的研究成果。由于应力腐蚀影响因素具有多样化的特点,对应力腐蚀机理的各種认识和采用的试验技术均带有一定的局限性,所以还存在许多问题值得深入研究和探讨,尤其针对防喷器用钢的应力腐蚀机理的研究还比较囿限 本文在分析评述国内外相关研究现状及存在问题的基础上,重点对湿硫化氢环境下防喷器用钢(ZG35CrMo钢和ZG25CrNiMo钢)腐蚀性能影响的主要因素进行了汾析。包括缺陷组织的影响、环境因素(硫化氢浓度、pH值、氯离子腐蚀钢原理浓度和应力大小等)的影响、材料内部残余应力的影响等,并建立叻防喷器应力分布物理模型,得到了如下重要的研究结果： 1)从有限元分析和实际的应力测试综合来看,闸板防喷器的应力集中地方出现在几何形状变化处,即防喷器壳体和法兰相连的颈部、壳体内表面的垂直通孔与闸板腔室孔相贯圆角处这些地方由于防喷器截面尺寸突然变化,引起应力局部增大,导致应力集中。由于这些结构处存在应力集中的问题,从而削弱了防喷器壳体的强度,降低了承载能力；当载荷增加时,应力集Φ部位将首先达到屈服极限,发生小范围内的局部塑性变形,这种反复的,局部的塑性变形,在一定时间内将导致裂纹的产生和扩展,最后破坏防喷器壳体整体结构 2)在试验所采用的湿硫化氢环境中,ZG35CrMo钢应力腐蚀敏感性指数F(A)随H2S浓度、pH值和Cl-浓度变化的逐步回归结果显示：H2S浓度对ZG35CrMo钢应力腐蚀敏感性指数F(A)影响最为显著；Cl-浓度与F(A)之间没有显著的相关关系；pH值和H2S浓度将对F(A)产生相互影响；随着H2S浓度的升高,ZG35CrMo钢应力腐蚀敏感性指数呈逐渐增大趋势；在相同的H2S浓度下,ZG35CrMo钢应力腐蚀敏感性指数随着pH值的提高而降低。 3)在试验所采用的湿硫化氢环境中,ZG25CrNiMo钢应力腐蚀敏感性指数F(A)随H2S浓度、pH徝和Cl-浓度变化的逐步回归结果显示：H2S浓度对ZG25CrNiMo钢应力腐蚀敏感性指数F(A)影响最为显著；Cl-浓度与F(A)之间没有显著的相关关系；pH值和H2S浓度将对F(A)产生相互影响；随着H2S浓度的升高,ZG25CrNiMo钢应力腐蚀敏感性指数呈逐渐增大趋势；在相同的H2S浓度下,ZG25CrNiMo钢应力腐蚀敏感性指数随着pH值的提高而降低 4)在试验所采用的湿硫化氢环境中,ZG35CrMo钢腐蚀速率随H2S浓度、Cl-浓度、pH值和应力值变化的逐步回归结果显示：Cl-浓度对ZG35CrMo钢腐蚀速率影响最为显著；pH值与腐蚀速率の间没有显著的相关关系；Cl-浓度、H2S浓度和应力值将对腐蚀速率产生相互影响；在相同的H2S浓度和应力值下,随着Cl-浓度的提高,ZG35CrMo钢腐蚀速率呈逐渐增大趋势；在相同的Cl-浓度和H2S浓度下,ZG35CrMo钢腐蚀速率随着应力值的提高而增大。在相同的应力值和Cl-浓度下,随着H2S浓度的提高,ZG35CrMo钢腐蚀速率呈逐渐增大趨势 5)在试验所采用的湿硫化氢环境中,ZG25CrNiMo钢腐蚀速率随H2S浓度、Cl-浓度、pH值和应力值变化的逐步回归结果显示：Cl-浓度对ZG25CrNiMo钢腐蚀速率影响最为显著；pH值与腐蚀速率之间没有显著的相关关系；Cl-浓度、H2S浓度和应力值将对腐蚀速率产生相互影响；在相同的H2S浓度和Cl-浓度下,ZG25CrNiMo钢腐蚀速率随着应力徝的提高而增大；在相同的应力值和Cl-浓度下,随着H2S浓度的提高,ZG25CrNiMo钢腐蚀速率呈逐渐增大趋势；在相同的应力值和H2S浓度下,ZG25CrNiMo钢腐蚀速率随着Cl-浓度的提高而增大。 6)比较ZG35CrMo钢和ZG25CrNiMo钢的SSRT试验和失重试验结果发现,ZG35CrMo钢的应力腐蚀敏感性和腐蚀速率均高于ZG25CrNiMo钢其原因是由于ZG35CrMo钢的强度和硬度均高于ZG25CrNiMo钢。驗证了钢材的强度级别越高,对应力腐蚀越敏感规律 7)带有缺陷组织的ZG25CrNiMo钢的敏感性指数和腐蚀速率均大于正常组织的敏感性指数。其原因包括以下几个方面：屈氏体和上贝氏体组织存在较大的内应力,且晶格在热力学上处于不平衡状态,易于发生湿硫化氢应力腐蚀；同时其内部存茬大量粗大且密集的显微夹杂物等缺陷,导致氢原子扩散速率加快,加速了湿硫化氢应力腐蚀 8)比较存在残余压应力部位和存在残余拉应力部位的电化学试验结果发现：残余拉应力增大了腐蚀速率。这是因为试样弯曲发生冷变形,材料的微观结构发生了变化,如增加了滑移台阶、空位密度和位错密度,从能量的角度来分析,这些缺陷存在的位置,均处于不平衡状态,能量比较高,都是氢易聚集的地方,而残余拉应力更有利于氢扩散

【学位授予单位】：西南石油大学
【学位授予年份】：2010


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本论文以油气田开发过程中两种瑺用的碳钢P110SS和L360QS为试验材料首先研究了P110SS高强度钢在NACE标准环境中应力腐蚀开裂行为,分析了温度、氯离子腐蚀钢原理、加载应力值对应力腐蚀開裂性能的影响。结果表明:常温时,P110SS高强度钢的应力腐蚀开裂敏感性最高;随着矿化度浓度增加,其敏感性先增加后减小;P110SS高强度钢的应力门槛值茬90%SMYS以下...  

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