离岸应用的合金 - 双层和超双工不锈钢,Cupronickels和腐蚀机制

主题

背景

海水和近海环境中的腐蚀

离岸应用的合金

马林内尔的发展

使用阴极保护

将氢气运输成金属

氢脆敏感性

镍铜合金和氢气脆化

在海上申请中的Marinel

在海上应用中的双相不锈钢

双相不锈钢的演变

超级双面不锈钢用于离岸应用

欧洲杯足球竞彩近海应用的材料选择

新型超双相不锈钢的出现

超双相不锈钢的应用

结论

背景

欧洲杯足球竞彩在海上石油和天然气生产的系统和设备的设计,建造和操作的每个阶段,必须详细关注材料选择。2020欧洲杯下注官网必须全面注意一般耐腐蚀性,选择性耐腐蚀性(通过点蚀和缝隙攻击)和酸硫化氢环境中的应力腐蚀敏感性,如果发生故障,应避免生产和昂贵的维护损失。甚至比这些考虑更重要的是需要维持海上安全。因此,用高机械强度结合耐腐蚀性的材料的规格和使用是基本要求。欧洲杯足球竞彩

更加了解海上环境和更详细地了解近海结构和系统的运作的条件明显有助于选择正确的材料。欧洲杯足球竞彩

海水和近海环境中的腐蚀

海水具有很强的腐蚀性,海上设施经常暴露在极端温度下。因此,材料的耐腐蚀性与机械强度同样重要。通过向海水中添加次氯酸盐溶液来引入氯以提高生物防污能力,可以降低某些不锈钢的耐腐蚀性,特别是在缝隙条件下。烃类处理系统通常必须承受硫化氢的潜在腐蚀作用,以及与溶解的二氧化碳相关的酸性条件。腐蚀会削弱设计良好的结构的某些元素,或影响到单个设备部件,使其停止使用。2020欧洲杯下注官网不幸的是,对抗腐蚀本身也会导致同样具有破坏性的副作用,比如释放新生的氢。这可能是由于采用阴极保护措施来保护结构或通过不同的金属耦合产生的。这种氢的存在会引起钢和镍基合金的氢致开裂。

海上应用的合金离子

金属制造商花了很多时间和精力专门开发合金以满足海上需求。开发的合金必须是合适的对于轴和螺栓,也是如此和许多其他应用一样。这些包括海水和工艺管道,注水和增压泵,管道轴泵,紧急sh犹他州用于提升管保护系统的阀门,锚固和张紧器,多相泵和远程操作的车辆部件。

马林内尔的发展

大约五年前,一种特别重要的耐腐蚀合金(CRA)的发展导致了超高强度镍铜合金(Marinel)的引入。这种合金被添加到可供选择的合金范围内,以参考在海上可能发生腐蚀和氢脆的特殊设备。2020欧洲杯下注官网高强度铁、镍基合金和钛合金大多容易发生氢脆,且氢脆的影响随着强度的增加而加剧。因此,这些合金在高应力条件下工作时比在低应力条件下工作时更容易发生氢脆。在高强度(通常)的情况下,氢脆尤为重要B7碳钢,720 N.mm-2屈服点)螺栓用于海底结构。通常采用相对于氢脆来表示临界情况的操作应力水平是由B7碳钢的屈服应力给出的,其值为720 n.mm-2

使用阴极保护

牺牲阳极或外加电流的阴极保护被广泛用于保护海底结构免受腐蚀。这种技术可以产生氢气,氢气一旦被吸收,就会导致金属的脆化组件可能导致过早故障的危险。氢气进入的时间依赖性可能意味着,一个明显未受影响的水下关键部件,例如螺栓,在服役数年后立即失效。当剩余的延性核被侵蚀的氢脆前沿减少到不能承受其上的负荷时,失效就发生了。作为一个例子,合金K-500立管夹紧螺栓的失效已经在1985年4月的《材料性能》(第37页)中报道过。欧洲杯足球竞彩UNS N 05500(高强度70Ni-3OCu合金)充氢会导致无磁钻铤氢脆。这被认为是由于碳钢环的电偶(见1986年10月号《材料性能》第28页)。欧洲杯足球竞彩它也表明,开裂的一个记录的例子在高强度钢腿自升式钻井平台与致应力腐蚀开裂,氢阴极保护系统运行产生的硫化氢污染海水(1989年2月Veritec海外科技期刊)的问题。

将氢气运输成金属

氢气进入金属可以纯粹扩散控制,或者可以通过位错运输辅助,并且后一种效果已经通过镍通过镍渗透渗透率进行实验证明(参见它的塑性变形(见1979年第13卷)Scripta Metallurgica,PP 927-932)。已经发现,在几种不同金属的情况下,从表面的脱位扫描氢气从表面的情况下与氢致裂纹的激活能量的能量一致(参见1976年TMSaime国际会议的第233-239页的PP 233-239氢对金属行为的影响。在氢气转运期间,氢可以在各种“陷阱部位”或内部不连续等中沉积,例如晶界或沉淀物。

氢脆敏感性

这些可以采用“可逆”疏水阀的形式,氢气可以随后离开,或者“不可逆”陷阱,氢气不能离开,并且这倾向于通过降低材料的表面能量来促进局部断裂。The effectiveness of the traps in promoting hydrogen embrittlement is related to the degree of strengthening present in the material matrix, as it is well established that materials in a higher strength state (i.e. cold worked or age hardened) are more susceptible to hydrogen embrittlement than the same materials in a lower strength condition. Thus, measurement of both the hydrogen entry kinetics of a metal (or alloy) and the ability of the metal to trap hydrogen would give an indication of its hydrogen embrittlement susceptibility. Overall solubility of hydrogen does have an influence on hydrogen embrittlement characteristics, as iron, nickel and titanium have relatively high hydrogen solubilities (>1cc/cc) and these materials are more susceptible to hydrogen embrittlement than aluminium and copper alloys, whose solubilities are generally less than 0.1 cc/cc. The hydrogen diffusion coefficients of steel and titanium are greater than 10-6厘米2-1,而镍、铝、铜合金的氢扩散系数约为10-10厘米2-1,虽然这没有考虑位错迁移或晶界扩散。

镍 - 铜合金和HYDRogen脆化

有趣的两种合金是比较的是硬化镍铜合金K-500和年龄硬化的Cupronickel Marinel,其具有类似的机械性能和氢气扩散特性。在比较这两个合金的化学成分,见表1,显然它们含有几乎相同的基本元素,它们之间的主要区别是Cu:Ni比率。在Marinel的情况下,高Cu:Ni比率使合金免受氢脆的影响,并且已经发现这主要是由于这种合金不能不可逆地捕获氢的能力降低。

表格1。螺栓的典型组成。

材料

TI.

CR.

m

AL.

K-500.

0.6

-

1.0

-

30.

落下帷幕。

1.0

2.8

Marinel

-

0.4

5.0

0.7

落下帷幕。

18.

1.0

1.8

在海上申请中的Marinel

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在海上作业中,许多开发项目都在飞溅区和海底广泛使用了Marinel螺栓。13Cr钢、22Cr双工钢和25Cr双工钢歧管、阀门和节流法兰已用于海底螺栓连接。使用该合金的水下开发项目包括Lyell、Strathspey、Nelson、Heidrun、Johnston和Nelson。

良好的抗磨损性避免了在组装期间需要润滑油,如果需要,螺母可以在使用一段时间后很容易拆卸。

对于Conoco Lyell海底管汇,选择Marinel螺栓与660级钢相比具有更高的机械强度和耐腐蚀性。这些螺栓是用螺栓拉紧并在没有润滑油的情况下组装的。螺柱螺栓在使用18个月后(管道运行近12个月)接受了实验室检查,除了预期的钙质沉积外,似乎完全没有受到使用的影响。

在海上应用中的双相不锈钢

双相不锈钢对海上抗腐蚀做出了最重要的贡献。这些材料通常被用于近海结构,而不是碳钢或其他不锈钢。双相不锈钢的价值在于它结合了普通奥氏体不锈钢的基本韧性和铁素体钢的较高强度和改善的耐腐蚀性能。这些钢的最佳化学成分提供了高水平的耐腐蚀性在氯化物介质一起机械强度高和延展性。其他优点包括一些双面不锈钢在相当低的子零温度下使用的能力,并能够抵抗应力腐蚀裂缝。

双相不锈钢的一个显著特征是其抗点蚀和抗缝隙腐蚀能力大大优于标准奥氏体合金。点蚀电阻等效数(PREN)是一种标准的工业测量方法,通常在30左右,而最新的双相合金的点蚀电阻等效数超过40。对于某些离岸关税,这是一种越来越普遍的规范。然而,PREN数字只提供了合金的大致等级,并没有说明材料的微观组织。在供应条件下对材料进行验收腐蚀试验更有意义。

双相不锈钢的演变

柠檬烷合金255是世界上第一个20多年前推出时的第一个商业25%的25%铬双面不锈钢。它开创了使用刻意的氮气添加,以提高延性和耐腐蚀性。进一步的研究表明,使用含有氮和铜的双相不锈钢的重要性。

Offsh超双相不锈钢矿石应用程序

对于海上和陆上应用来说,各种形式的超双相(25%铬)不锈钢合金的可用性非常重要。例如:棒材、锻件、铸件、薄板、板材、管材、焊接耗材、法兰、管件、碟形端部和紧固件。在其他方面,与其他双相不锈钢和奥氏体不锈钢(包括6% Mo型)相比,该合金类型的高许用设计应力是显著的。它还提供优良的铸造性,焊接性和加工性。这些特点的补充,以优异的抗疲劳和电兼容性与其他高合金不锈钢。

二十二个含铬不锈钢透过稳定的无源膜,提供比316型不锈钢腐蚀的更好的耐咬合性和抗缝隙腐蚀,并且具有更大的机械强度。然而,对于最佳耐腐蚀性,需要25%铬高合金双链体不锈钢,并且这些合金通常被称为超级双链体不锈钢。即使在这个类别中,也很重要的是选择正确等级的材料,以获得各种腐蚀性介质和信心,即合金将应对任何导致或瞬态操作条件,使环境更具侵略性。

欧洲杯足球竞彩近海应用的材料选择

离岸结构本身根据其应用是顶部,飞溅区或海底的不同,这些材料的不同要求。欧洲杯足球竞彩顶部,双工材料适用于各种螺栓连接欧洲杯足球竞彩应用和亚铁合金255的材料,提供高达B7钢强度,优异的耐腐蚀性和等于系统寿命的使用寿命,从而有助于降低维护成本。在飞溅区,合金已经证明了其对北海设施的15年服务的海水阻力适用性,并且已广泛用于TLP上提升管保护系统上的提升机螺栓和组件。

新型超双相不锈钢的出现

在超级双相不锈钢类欧洲杯足球竞彩别的改进材料继续由制造商开发提供更好的或不同的组合特性,特点和利益。这些合金,通常与PREN > 40,生产符合一些UNS指定,出现在ASTM产品形式规格。可提供铸件和锻型。最近的典型发展是具有PREN > 40.0的铁铝合金SD40(符合UNS S 32550),并提供最低0.2%的550N.mm抗应力-2和760 nmm的UTS-2.这种25%铬的超双相材料是由精心控制的成分和平衡的奥氏体/铁素体结构与大量的钼和氮组成的。

超双相不锈钢的应用

这些高合金超双工钢的应用包括管道系统,泵(具有良好的抗侵蚀和耐磨性),阀门,热交换器和其他各种设备。2020欧洲杯下注官网

最近,Saga Snorre和道达尔South Ellon开发项目的海底电连接器采用了新型超双相Ferralium合金SD40的优异耐腐蚀性能。在一个案例中,超双相材料被选择来取代遭受腐蚀的标准奥氏体不锈钢。

图1。超级双相不锈钢合金可用于近海和海上应用的各种形式。

结论

近年来,已经开发了几种合金,以对抗现有合金在恶劣的海上环境中由于腐蚀和氢脆而造成的退化。超(25cr)双相不锈钢和超高强度镍铜为许多材料选择难题提供了解决方案。

主要作者:K.C. Bendall

资料来源:《材料欧洲杯足球竞彩世界》,第2卷,第4期,192-94页,1994年4月。

欲了解更多信息,请访问材料、矿物和采矿研究所欧洲杯足球竞彩

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