Порівняння корозійних і механічних властивостей сталі 9Cr і сталі 20CrMo для прутка в розчині кислоти
Зі збільшенням терміну експлуатації основних нафтових родовищ у Китаї, розвитком морської розробки нафти та газу та просуванням технології експлуатації нафтових родовищ під високим тиском, робоче середовище насосної штанги розвивається в напрямку глибоких свердловин, сильної корозії, важких масло і так далі, а середовище контакту стає все гіршим і гіршим. Основний механізм корозії стрижня включає електрохімічну корозію, корозію CO2 та корозію H2S тощо. Форми корозії в основному поділяються на рівномірну корозію та локальну корозію, серед яких місцева корозія - це головним чином корозійна тріщина, точкова корозія та ямкова корозія. Особливо в середовищі нафтових свердловин, що містить H2S, стрижень 20CrMo зазвичай використовується для виготовлення стрижня. Однак через неможливість задовольнити вимоги щодо надвисокої міцності та високої корозійної стійкості продовжують відбуватися аварії з тріщинами, що серйозно впливає на видобуток сирої нафти, збільшує витрати на ремонт свердловин і збільшує витрати на видобуток нафти.
Cr є відносно недорогим легуючим елементом, який покращує кислотну та хлорну корозійну стійкість сталі. Зменшивши вміст C, Mn, S і P, дослідники значно підвищили вміст елемента Cr, щоб дослідити та розробити корозійно-стійку стрижневу сталь з низьким вмістом C, високим Cr, надвисоку міцність - 9Cr. З огляду на недолік існуючої високоміцної та нової надвисокоміцної стійкості до корозії насосних штанг у середовищі H2S, властивості анти-H2S до корозійного розтріскування сталі 20CrMo та нової сталі 9Cr були охарактеризовані та порівняні за допомогою випробування на повне занурення в кислий розчин та повільне деформування швидкість випробування на розтяг.
Новий тип сталі 0.08C-9Cr (надалі – сталь 9Cr), що використовується для насосної штанги, був розроблений шляхом вакуумної індукційної плавки. Ливарну заготовку витримували при 1200 градусах протягом 1 години, а потім виковували у круглий стрижень Φ25,4 мм. Кінцева температура кування становила 900 градусів, а після кування повітря охолоджувалося до кімнатної температури. Матеріалом для порівняння була сталь 20CrMo, яка використовується у стрижні стандарту D GB/T26075-2010, зразок якого брали безпосередньо з готового стрижня.
Процес термічної обробки круглого прутка зі сталі 9Cr: нагрівання до 860 градуса протягом 20 хвилин, потім охолодження на повітрі до кімнатної температури, відпустка при 200 градусів протягом 1 години, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Процес термообробки сталі 20CrMo включає загартування на 880 градусів і високотемпературний відпуск на 500 градусів. Порівняльний тест дозволяє зробити такі висновки:
(1) Випробування зануренням у розчин NACE та результати підгонки показують, що стійкість до корозії сталі 9Cr очевидно краща, ніж у сталі 20CrMo. Швидкість корозії сталі 9Cr залишалася стабільною протягом усього етапу випробування зануренням. Швидкість корозії сталі 20CrMo на початковій стадії занурення подібна до швидкості корозії сталі 9Cr, а з подовженням часу витримки швидкість корозії продовжує зростати, що значно вище, ніж у сталі 9Cr.
(2) Результати випробування на розтягування з низькою швидкістю деформації в розчині H2S показують, що міцність на розрив і час розриву сталі 9Cr вищі, ніж у сталі 20CrMo, але усадка її профілю значно нижча, ніж у сталі 20CrMo. Стійкість сталі 9Cr до корозійного розтріскування під напругою сірководню є поганою, основною причиною є використання низькотемпературного відпустки, більш висока міцність.
