Журналы →  Черные металлы →  2024 →  №10 →  Назад

75 лет кафедре «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» Пермского национального исследовательского политехнического университета
Название Оптимизация термообработки стали 30Х13 для сероводородной среды нефтяной промышленности: анализ ускоренных и стандартных испытаний
DOI 10.17580/chm.2024.10.08
Автор А. В. Кравченко, С. Н. Мольцен, Д. А. Никитин, Т. В. Некрасова
Информация об авторе

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

Реферат

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.

Ключевые слова 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
Библиографический список

1. Heidersbach R. Metallurgy and corrosion control in oil and gas production. 2th 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.

Language of full-text русский
Полный текст статьи Получить
Назад