316L不锈钢在饱和CO2+Cl-+H2S介质环境中的应力腐蚀行为研究

摘要

应力腐蚀是油气田开发与油气运输过程中常见的腐蚀形式。316L不锈钢是目前油田和石化加工企业防止腐蚀的主要金属材料之一。近年来随着服役环境日益劣化，316L不锈钢越来越容易出现应力腐蚀开裂。研究316L不锈钢在多种介质环境下的应力腐蚀开裂行为、控制应力腐蚀失效事故的发生成为一种迫切需求。 本文通过慢应变速率拉伸(SSRT)试验和恒位移预裂纹试样(WOL)应力腐蚀试验，研究了316L不锈钢在饱和CO2+Cl-+H2S介质环境下的应力腐蚀行为，分析了H2S和Cl-浓度对316L不锈钢应力腐蚀的影响，探讨了316L不锈钢在该环境下的应力腐蚀机理，主要结论有： (1) 开展SSRT试验，研究结果表明：在饱和CO2和200ppmH2S的腐蚀介质环境中，随着Cl-浓度的升高，应力腐蚀敏感性指数均很小，316L不锈钢没有明显的应力腐蚀倾向；在饱和CO2+1600ppmH2S介质环境和饱和CO2+饱和H2S的介质环境下，随着Cl-浓度的升高，应力腐蚀敏感指数逐渐增大，316L不锈钢出现了明显的应力腐蚀倾向。通过断口形貌和能谱分析发现：腐蚀产物中含量较高的是S和Cl元素，在饱和CO2+1600ppmH2S+5%NaCl介质环境中、饱和CO2+饱和H2S+5%NaCl介质环境中，断口形貌出现大量的解理和准解理特征，说明这两种环境是316L不锈钢应力腐蚀开裂的敏感环境。 (2) 开展 WOL 应力腐蚀试验，研究结果表明：316L 不锈钢在饱和CO2+1600ppmH2S+5%NaCl 介质环境下，裂纹扩展速度 da/dt 在 2.67×10-8~5.85×10-8mm/s之间，应力腐蚀开裂临界应力强度因子KISCC≤16.16 MPa√m；在饱和CO2+饱和H2S+5%NaCl介质环境下，裂纹扩展速度da/dt在3.35×10-8~4.37×10-8mm/s之间，应力腐蚀开裂临界应力强度因子KISCC≤15.78 MPa√m。 (3) 结合SSRT试验和WOL试验分析316L不锈钢应力腐蚀机理，分析结果认为：316L不锈钢在饱和CO2+Cl-+H2S介质环境环境下的应力腐蚀是由H2S和Cl-共同引起的，其中Cl-是应力腐蚀开裂的主要因素，H2S是应力腐蚀开裂的次要因素。316L不锈钢在饱和CO2+H2S+Cl-的介质环境中的应力腐蚀开裂机理主要是阳极溶解型和氢致开裂型腐蚀机理，以阳极溶解型应力腐蚀机理为主。在试验介质环境下，H2S浓度的提高对316L不锈钢的应力腐蚀开裂是一个先促进后抑制的过程，当H2S浓度从200ppm增大到1600ppm时，316L不锈钢的应力腐蚀速度明显加快，H2S浓度的增大对应力腐蚀开裂起到了促进作用；当H2S浓度从1600ppm增大到饱和时，应力腐蚀速度减慢，H2S浓度的增大对应力腐蚀开裂起到了抑制作用。

目录

第一个书签之前