N08825镍基合金复合管件加工技术及耐蚀性研究
近 年 来 ,随 着 能 源 需 求 的 日益 增 加 ,能 源
问 题 已经 成 为 制 约 各 国 经 济 发 展 的 重 要 问 题 。
随着 石 油 和 天然 气 的 需 求 持 续 增 长 ,油气 田的
开 采 已经 由原 来 的粗 放 型 向精 细 型 过 渡 .高 含
S油 气 田 的 开 采 比例 也 在 逐 步 加 大 。 目前 ,在
富含 S(W(S)>l7%)的天 然 气 输 送 过程 中使 用 的
复 合 管 道 ,其 内壁 复 层 材 料 (316L)腐 蚀 严 重 ,
使 用寿命 短 ,存 在极 大安 全 隐患 ,已成 为行业 急
需 解决 的难 题 。
对 于 高 H:S/CO 油气 田 ,H2S和 CO 共 同存在
的腐蚀 性 比单 独 HS存在 时 的腐蚀 性更 强 ,为
避 免 HS/CO 引起 的电化 学腐 蚀 损 伤 和应 力腐 蚀
开 裂问题 ,通 常 的应对 方 法是采 用 昂贵 的不 锈钢
管 。为 了保证 管道 的耐 蚀性 并控 制成 本 .可选 用
双金 属复 合管 来替 代不 锈钢 管 ,镍 基合 金 复合
材料 就 是 其 中最具 代表 性 的材 料 。N08825镍 基
合金 是 一种 钛稳 定 化 的 Ni—Fe—Cr—Mo耐蚀 合 金 ,
此合 金具 有 良好 的耐腐 蚀及 良好 的加 工性 能 ,同
时还 具有 耐高 温 的特点 。 由于其 优 良的耐 硫化 物
及氯 化物 腐蚀 性能 ,在 高 S原油 的加 工行 业 ,广
泛 用 于加 氢装 置 中存 在 严重 硫化 物及 氯化 物腐 蚀
的设 备或 管线 材料 中 。本研究 针 对某 天然 气净 化
厂 原 料 气 管 线 安 全 隐 患 治 理 工 程 拟 使 用 的
N08825镍 基合 金 复 合 管 ,分 析其 加 工 工 艺 及 耐
蚀 性 能1 加 工 工 艺
N08825镍 基 合金 材 料 的热 加 T 一 直 以来 是
冶金 T 艺面临 的一个 难 题 ,是产 品制 造 中的难 点
所 在 .主要 问 题是 材料 热变 形抗 力大及 热 塑性 较
好 的加T温度区域狭窄。本研究采用 的 Q245R+
N08825镍 基 合 金 管 件 为某 天 然气 净 化 厂 原 料 气
管 线用 管 ,该 钢管 是爆 炸复 合钢 板经卷 制 成 型后
再 采 用 焊接 制 成 .公 称 直径 DN700mm,壁 厚
36 ram+3.2 mm。
抗 应 力腐 蚀 开 裂性 能 是 N08825镍 基 复 合 材
料 在 高 H2S/CO 油气 田企业 使 用 中的一 个 重要 性
能 指标 ,在复 合管 热加 工之前 对 复合 板 内层表 面
进 行 保 护 ,即将 防护 剂均 匀 涂覆 在 N08825镍 基
合 金 钢管 内表 面上 。另 外 ,为保 证 内复层 表 面 的
高耐蚀 性 能 .优化设 计 工装模 具 ,采 用在 工装 模
具 和 管件接 触 面上 堆焊 一层 不锈 钢 的方法 ,以此
在 成 型过程 中彻底 杜绝 铁离 子 的污染 :采 用数 控
铣 床加 工模 具 表面 ,确保 尺 寸精 度及模 具 和管 件
成 型之 后 的分 离速度
为 了保 证 复合 管件 加热 后复 层 的耐蚀 性 能及
基层 的力 学性 能 ,结合 基层 和复 层两 种材 料 的特
性 ,确定 加热 温度 为 (890~15)℃,这 一温 度 区域
既处 于基层 Q245R的正火温度范 同,同时也是
镍基合金稳定化热处理的温度范围 .不但保证 了
基 层 的 力学 性 能 .而 且 还 能 保 证 复层 的 耐 蚀 性
能 。热 处 理保 温 时 间为 59min(基 材 和 复层 的 总
壁 厚×1.5)。采 用 该 保 温 时 间既 能 保 证 镍 基 合 金
的 固溶效 果 ,也能 降低 长 时间 高温条 件对 复合 管
件 的综 合 性能 的不 利影 响 。
2 力学性能及 SCC性能分析
2.1 力 学性 能
分 别对 Q245R+N08825镍 基合 金 管件 的基 材
Q245R外弧 侧 (1试样 )及焊 接接 头部 位 (2 试样 )
进 行拉 伸 试验 ,试 验 结果 见 表 1。从 表 1可 以看
出 ,试 验结 果均 满 足 中石 化普 光气 田净 化厂 原料
气 管线 安全 隐患治 理工程 SEI<焊制 复合钢 管 、管
件 规 格 书》中对 拉 伸 性 能 的要 求 。 另外 ,对 焊 接
接 头进 行 了 d=4a的侧 弯 试验 ,试验 结 果 见表 2.
其 结果 也符 合标 准要 求 。
表 1 DN700minx(36+3.2)mm 规 格
Q245R+N08825镍 基 复 合 管 件 力 学 性 能
2.2 应 力 腐 蚀 开 裂 性 能
国 内多家油 气 田开发 企业 均发 现其 地质 结 构
中蕴含 有大 量 H2S和 CO:气体 ,这 两种 气体 的 水
溶液 均具 有 较 强腐 蚀 性 ,不 仅易 出现 局部 点 蚀 ,
而且在 应 力作用 下会 产 生硫 化物应 力腐 蚀 开裂 问
题 .严 重影 响相 关设 备 的安 全使用 。
根 据 工 程技 术 规 格 书和 文 献『9—111对 天 然 气
净化 厂用镍 基 复合 管件 的复层 焊接 接 头进行 应 力
腐 蚀 开裂试 验 ,丁 况条件 模 拟见 表 3。
试样 经丙 酮除 油 、酒 精脱 水 后 ,采用 四点 弯曲加 载夹 具对 试样 进行 加载 ,如 图 2所示 。加 载载荷 为 209.6MPa。将 3个 试样 分 别 放 入 高压 反应釜 内进 行 720h高 温应 力腐蚀 试验
通过优化 Q245R+N08825镍基合金管件
加 TT ,保证 了镍 基合 金复 合管 件 的托 伸及 弯曲性能指标满 足 SEI规定 的相关技术要求 。通过在镍基合金管件 内表 面涂刷 防护剂 ,保证 了加热成型后 的镍 合金管件在高 HS/CO!环境下 的抗 应 力腐蚀开 裂性 能 。在介 质温度 120℃、HS分 压 2_2MPa、CO,分 1.1MPa、溶 液 介 质初始 pH=3.4的模 拟1 况 下 ,经 持 续 720h的 四 点 弯 曲抗 HS/CO 应力腐蚀 试验 后 ,在易 出现 应 力集 中的焊缝 处 未发现 裂纹 .表 明采 用该 ]-艺 制造 的大 直径镍 基 合金复 合管 具有 较好 的抗 应 力腐蚀 开裂性 能