10.17580/chm.2024.10.08

А. В. Кравченко, С. Н. Мольцен, Д. А. Никитин, Т. В. Некрасова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Т. В. Некрасова, доцент кафедры МТО, канд. техн. наук

 

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия¹ ; АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш», Пермь, Россия²

А. В. Кравченко, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» (МТО)¹, начальник отдела технического контроля², эл. почта: andrew@vputehod.ru
С. Н. Мольцен, аспирант кафедры МТО¹, директор по качеству², эл. почта: stanislav@vputehod.ru

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия¹ ; ООО «Металлпром», Пермь, Россия²

Д. А. Никитин, магистр кафедры МТО¹, специалист по качеству², эл. почта: 89_87@bk.ru

Представлен анализ влияния эксплуатационной H₂S-среды на механические свойства мартенситной коррозионностойкой стали 30Х13, широко используемой в нефтяной промышленности России и зарубежья. Исследование включает разработанную методику предварительного анализа деградации механических свойств наводороженных образцов в сравнении с результатами длительного стандартного испытания по методу «А» NACE TM0177. Особое внимание уделено сравнительному анализу параметров карбидной фазы микроструктуры и деградации механических свойств образцов стали 30Х13 в зависимости от двух вариантов термообработки (ТО): закалка с температуры 1050 °C с последующим высоким отпуском на 680 °C и закалка с температуры 1050 °C с последующим сверхвысоким отпуском на 780 °C. Выбран и обоснован предпочтительный вариант ТО стали 30Х13 для условий, содержащих сероводород. Приведены результаты стойкости стали 30Х13 под напряжением в предельно насыщенной H₂S-среде. Исследования показали, что результаты предварительного анализа коррелируют с результатами длительных стандартных испытаний по NACE TM-0177, а предложенные методики могут служить эффективным инструментом для подбора режимов ТО, сокращая время и затраты на начальном этапе исследований. Тем не менее для подтверждения результатов и обеспечения надежности материалов необходимо проведение общепринятых стандартных испытаний, зарекомендовавших свою достоверность.

Статья оформлена при поддержке АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш» и при активном участии и содействии доктора технических наук Ю. Н. Симонова.

Сероводородная среда, сталь 30Х13, термообработка стали, ускоренные испытания, NACE TM0177, механические свойства, прочность и пластичность, ударная вязкость, нефтяная промышленность, коррозионная стойкость, оптимизация материалов, эксплуатационные свойства, надежность, наводороживание

1. Heidersbach R. Metallurgy and corrosion control in oil and gas production. 2^th ed. — Wiley, 2018. — 368 p.
2. Георгиев М. Н., Симонов Ю. Н. Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов : монография. — Пермь : Изд-во ПНИПУ, 2013. — 419 с.
3. Callister W. D., Rethwisch D. G. Materials science and engineering : An introduction. 10th ed. — Wiley, Hoboken, NJ, 2018. — 992 p.
4. Brown B. F. Stress corrosion cracking control measures. Vol. 156. — US Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1977. — 96 p.
5. Борисенкова Е. А. Разработка и применение методов исследования влияния состава и структуры материалов стальных труб на коррозионную стойкость в нефтяных средах: дис. … канд. техн. наук. — Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. — 198 с.
6. Taishi Fujishiro, Takuya Hara, Kyono Yasuda, Daisuke Mizuno et al. Sour environmental severity for hydrogen-induced cracking susceptibility // Corrosion. 2022. Vol. 78, Iss. 2. P. 189–197.
7. Ткачева В. Э., Маркин А. Н., Кшнякин Д. В. и др. Коррозия внутрискважинного оборудования в сероводородсодержащих средах // Практика противокоррозионной защиты. 2021. Т. 26, № 2. С. 7–26.
8. Кравченко А. В., Мольцен С. Н., Симонов Ю. Н., Полежаев Р. М. и др. Анализ и выбор методов испытания сталей на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением в H2S-содержащих средах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23, № 2. С. 43–54. DOI: 10.15593/2224-9877/2021.2.06
9. Кравченко А. В., Мольцен С. Н., Макарова И. В., Симонов Ю. Н. и др. Специальный режим термообработки стали 30Х13 для эксплуатации деталей в нефтяных скважинах, содержащих H₂S // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. 2022. Т. 24, № 4. С. 96–105. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.11

10. Конищев К. Б., Семенов А. М., Чабан А. С., Лобанова Н. А. и др. Особенности механизма коррозионного растрескивания под напряжением металла труб в средах, содержащих сероводород и диоксид углерода // Вести газовой науки. 2019. № 3 (40). С. 60–66.
11. ГОСТ 5632–72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. — Введ. 01.01.1975.
12. ГОСТ 1497–84. Металлы. Метод испытания на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
13. Романив О. Н., Никифорчин Г. Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. — М. : Металлургия, 1986. — 292 с.
14. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии. Справ. изд. / под ред. Б. В. Строкана, А. М. Сухотина. — Л. : Химия, 1987. — 280 с.
15. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
16. Пумпянский Д. А., Пышминцев И. Ю., Выдрин А. В., Кузнецов В. И. и др. Основы металловедения и технологии производства труб из корро-зионностойких сталей : монография. — М. : Издательство
Металлургиздат, 2023. — 682 с.
17. Yasuda K., Ishikawa N., Fujishiro T., Hara T. et al. In situ 3D analysis of hydrogen induced cracking behavior in linepipe steels to investigate sour environmental severity // Corrosion. 2021. 16383.
18. ГОСТ 54153–2010. Сталь. Метод атомно-эмиссионного анализа. — Введ. 01.01.2012.
19. 9013–59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. — Введ. 01.01.1969.
20. Saleh A. A., Hejazi D., Gazder A. A. et al. Investigation of the effect of electrolytic hydrogen charging of X70 steel: II. Microstructural and crystallographic analyses of the formation of hydrogen induced cracks and blisters // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41, Iss. 28. P. 12424-12435.
21. Штремель М. А. Разрушение. В 2 кн. Кн. 1. Разрушение материала : монография. — М. : Издательский дом МИСиС, 2014. — 670 c.
22. Harris Z. D., Marshall R. S., Kelly R. G., Burns J. T. Coupling fracture mechanics experiments and electrochemical modeling to mitigate environmentassisted cracking in engineering components // Corrosion. 2023. Vol. 79, Iss. 3. P. 363–375.
23. Kashkovskiy R., Strelnikova K., Fedotova A. Application of electrochemical impedance spectroscopy to study hydrogen sulphide corrosion of steel and its inhibition: a review // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2019. Vol. 54, No. 6. P. 493–515.

русский