Vergleich der Korrosions- und mechanischen Eigenschaften von 9Cr-Stahl und 20CrMo-Stahl für Stäbe in saurer Lösung
Mit der Verlängerung der Bergbaulebensdauer großer Ölfelder in China, der Entwicklung der Offshore-Öl- und Gasförderung und der Förderung der Hochdruck-Ölfeldausbeutungstechnologie entwickelt sich die Einsatzumgebung von Saugrohren in Richtung tiefer Bohrlöcher, starker Korrosion und schwerer Öl usw., und die Kontaktumgebung wird immer schlechter. Der Hauptmechanismus der Stabkorrosion umfasst elektrochemische Korrosion, CO2-Korrosion und H2S-Korrosion usw. Die Korrosionsformen werden hauptsächlich in gleichmäßige Korrosion und lokale Korrosion unterteilt, wobei es sich bei der lokalen Korrosion hauptsächlich um Korrosionsrisse, Lochfraßkorrosion und Lochfraßkorrosion handelt. Insbesondere in der Ölquellenumgebung, die H2S enthält, wird im Allgemeinen 20CrMo-Stab zur Herstellung von Stäben verwendet. Aufgrund der Unfähigkeit, die Anforderungen an ultrahohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit zu erfüllen, kommt es jedoch immer wieder zu Bruchunfällen, die die Rohölproduktion ernsthaft beeinträchtigen, die Kosten für Bohrlochüberholungen erhöhen und die Kosten für die Ölgewinnung erhöhen.
Cr ist ein relativ kostengünstiges Legierungselement, das die Säure- und Chlorkorrosionsbeständigkeit von Stahl verbessert. Durch die Reduzierung des Gehalts an C, Mn, S und P erhöhten die Forscher den Gehalt des Cr-Elements erheblich, um einen korrosionsbeständigen Stabstahl - 9Cr mit niedrigem C- und hohem Cr-Gehalt und ultrahoher Festigkeit zu erforschen und zu entwickeln. Angesichts der mangelnden Korrosionsbeständigkeit bestehender hochfester und neuer ultrahochfester Saugstangen in H2S-Umgebungen wurden die Anti-H2S-Korrosionsrisseigenschaften von 20CrMo- und neuem 9Cr-Stahl durch vollständigen Eintauchtest in saurer Lösung und langsamer Belastung charakterisiert und verglichen Geschwindigkeitszugversuch.
Eine neue Stahlsorte 0.08C-9Cr (im Folgenden als 9Cr-Stahl bezeichnet), die für Pumpstangen verwendet wird, wurde durch Vakuuminduktionsschmelzen entwickelt. Der Gussbarren wurde 1 Stunde lang bei 1200 Grad gehalten und dann zu einem Rundstab mit einem Durchmesser von 25,4 mm geschmiedet. Die endgültige Schmiedetemperatur betrug 900 Grad und die Luft kühlte nach dem Schmieden auf Raumtemperatur ab. Das Vergleichsmaterial war 20CrMo-Stahl, der im GB/T26075-2010-Standard-D-Stab verwendet wurde und dessen Proben direkt aus dem fertigen Stab entnommen wurden.
Wärmebehandlungsprozess von 9Cr-Stahlrundstäben: Erhitzen auf 860 Grad für 20 Minuten, dann Luftabkühlung auf Raumtemperatur, Anlassen bei 200 Grad für 1 Stunde, Luftabkühlung auf Raumtemperatur. Der Wärmebehandlungsprozess von 20CrMo-Stahl besteht aus einem Abschrecken bei 880 Grad und einem Hochtemperaturanlassen bei 500 Grad. Der Vergleichstest kommt zu folgenden Schlussfolgerungen:
(1) Die Ergebnisse des NACE-Lösungseintauchtests und der Montage zeigen, dass die Korrosionsbeständigkeit von 9Cr-Stahl offensichtlich besser ist als die von 20CrMo-Stahl. Die Korrosionsrate von 9Cr-Stahl blieb während der gesamten Tauchtestphase stabil. Die Korrosionsrate von 20CrMo-Stahl im Anfangsstadium des Eintauchens ähnelt der von 9Cr-Stahl, und mit zunehmender Einweichzeit nimmt die Korrosionsrate weiter zu, was deutlich höher ist als die von 9Cr-Stahl.
(2) Die Ergebnisse des Zugtests mit langsamer Dehnungsgeschwindigkeit in einer H2S-Umgebungslösung zeigen, dass die Zugfestigkeit und Bruchzeit von 9Cr-Stahl höher sind als die von 20CrMo-Stahl, seine Querschnittsschrumpfung jedoch deutlich geringer ist als die von 20CrMo-Stahl. Die Beständigkeit von 9Cr-Stahl gegenüber Spannungsrisskorrosion durch Schwefelwasserstoff ist schlecht, der Hauptgrund ist die Verwendung von Anlassen bei niedriger Temperatur und höherer Festigkeit.
