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        海洋工程用超級不銹鋼和耐蝕合金

        來源:頂亮金屬 | 發布日期:2023-03-14 | 瀏覽:0

        與陸地油氣開采相比,海洋環境洋流劇烈、海溫和壓力隨深度變化大、海底巖層結構與陸地井迥異。海洋油氣中H2S、CO2和Cl-等的含量普遍較高,海底微生物種類復雜,化學腐蝕和微生物腐蝕能力都很強。因此,海洋油氣開采平臺用特殊鋼材料如不銹鋼、耐蝕合金等普遍要求高耐蝕、高強高韌和高耐磨等性能特點。國外先進的海洋油氣資源鉆采、加工、輸運等環節均應用了大量的超級不銹鋼和耐蝕合金材料。所謂的“超級”不銹鋼材料,與傳統不銹鋼材料相比,一般是指高Ni/Cr/Mo、高純凈度、采用N 金化或變形工藝強韌化的一類高性能不銹鋼材料,如超級奧氏體、超級鐵素體、超級雙相不銹鋼以及鎳基或鐵鎳基耐蝕合金等。依照國外積累的用材經驗,我們簡要剖析以下:

        一、材料分類及主要性能

        與海洋平臺用微合金化結構鋼材料不同,海洋平臺用特殊鋼材料普遍都是高合金體系的Ni-Cr 或Cr-Ni-Mo 基不銹鋼、超級不銹鋼或耐蝕合金材料,一般都具有高點蝕當量、高純凈度以及N 合金化等特點。使用這些高合金材料制備的海洋平臺典型件如儲運、工藝管道、脫鹽、換熱器、油井管、鉆探和樁腿等,為滿足其特殊的服役工況條件,普遍具備高強度、高耐蝕性或兼而有之。通常而言,耐蝕性和強度是海洋平臺用特殊鋼材料的兩個關鍵性能指標。目前國外海洋平臺用先進特殊鋼鋼種主要包括超級奧氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼、高強度奧氏體無磁不銹鋼、鎳基和鐵鎳基耐蝕合金等,這幾類特殊鋼材料因其合金成分體系設計不同而性能各有所長。

        (1) 高Mo 含量的Cr-Ni-Mo超級奧氏體不銹鋼。對于超級奧氏體不銹鋼而言,普遍具有較高的Cr、Ni 含量、一定的Mo 含量(6%~7%),具有在較高溫度優異的耐局部腐蝕和均勻腐蝕的能力,其點蝕當量PREN 值(Cr+3.3Mo+16N)一般都達到30以上,部分材料甚至高達50以上,這確保了此類材料優異的耐蝕性能;同時合理的N合金化使其兼具了較高的強度和塑韌性。

        (2)鎳基或鐵鎳基耐蝕合金。對于鎳基或鐵鎳基耐蝕合金來說,其Cr、Ni、Mo 合金含量更高,在熱帶水域和離子介質復雜的條件下比超級奧氏體不銹鋼具有更為突出的耐局部腐蝕、應力腐蝕性能??蓮V泛應用于油氣媒介、油水分離或其他更為苛刻的化工工藝管道、泵閥和離心機等工礦條件。

        (3)高氮奧氏體不銹鋼。極高的N合金含量大幅度提升了材料的強度指標,使其具有室高溫條件下顯著優異的強度性能,由于采用了Mn-N代Ni成為奧氏體穩定元素,使其在性能優異的同時具有較低的生產成本。由于近年來其合金體系的不斷優化,以及一定的Mo元素加入,使其也具備了優良的耐局部腐蝕性,Cr 含量的不斷提升以及C元素的進一步降低,改善了材料的耐晶間腐蝕性能。

        二、應用領域

        高性能的海洋平臺用特殊鋼材料在國外早已商業化生產多年,典型的生產廠商包括瑞典山特維克(Sandvik)、德國蒂森克虜伯(ThyssenKrupp)、芬蘭奧托昆普(Outokumpu)、日本冶金(Yakin)、美國阿里根尼(ATIAllegheny)、美國特種金屬(SMC)、奧地利伯樂(Bohler)、美國卡朋特(Carpenter)等,其中代表性的海洋油氣資源開發工程用高性能Cr-Ni-Mo-N 體系超級奧氏體不銹鋼和耐蝕合金材料有:

        (1)含N的Mo合金化高性能超級奧氏體不銹鋼:254SMO(Cr20-Ni18-Mo6-Cu-N)、654SMO(Cr24-Ni22-Mo7-Mn3-Cu-N)、AL6XN(Cr20-Ni24-Mo6-N)、NAS254N (Cr23-Ni25-Mo5.5-N)、NAS354N(Cr23-Ni35-Mo7.5-N)等。

        (2)以Mn、N代Ni的高強無磁奧氏體不銹鋼:P550(Cr20-Mn20-Mo-N)、P650(Cr19-Mn20-Mo2-Ni4-N)、Datalloy2(Cr15-Mn15-Ni2-Mo2-N)、15-15HS(Cr20-Mn18-Ni3-Mo-N) 等。

        (3)耐蝕性能優異的Ni-Cr-Mo耐蝕合金: Incoloy825(Cr20-Ni35-Mo3-Cu3-Nb)、Inconel625(Cr22-Ni58-Mo9-Nb3)、Sanicro28(Cr27-Ni31-Mo3-Cu)、Carpenter20Cb-3(Cr20-Ni35-Mo3-Cu3-Nb)、Nicrofer3127hMo(Cr27-Ni31-Mo7-Cu-N)、Nicrofer33(Cr33-Ni31-Mo-Cu-N) 等。

        上述高性能奧氏體和超級奧氏體不銹鋼及耐蝕合金產品已在海洋平臺上方、水下輸送管道及泵閥、井下鉆探三大類應用領域獲得廣泛應用。目前已在諸如北海油田、波斯灣油田、墨西哥灣油田等數百個海洋油田的平臺建設中的大量使用,具體應用領域如下:

        (1)海洋平臺上方

        海水管道:254SMO、Incoloy825;凸輪裝置:254SMO、654SMO、AL-6XN;板式換熱器:654SMO、AL-6XN、NAS354N、Nicrofer3127hMo、Carpenter20Cb-3;海水脫鹽系統:254SMO、Nicrofer3127hMo、Nicrofer33;殼體:654SMO、AL-6XN;管式換熱器:654SMO、AL-6XN、NAS354N、Nicrofer3127hMo、Carpenter20Cb-3;離心分離機:654SMO、AL-6XN;重力分離機:904L、AL-6XN。

        (2)水下輸送管道及泵閥

        油氣輸送復合管道、閥門總成和管線懸掛器、跳線和跨接線、纜帶浮力組件、提升管和流動管:Inconel-625、254SMO、AL-6XN、Sanicro28、Incoloy825;歧管:254SMO、AL-6XN、NAS800HT。

        (3)井下鉆探

        MWD無磁腔室、無磁鉆鋌、穩定器、旋轉導向鉆探單元:P550、15-15HS、Datalloy-2、Inconel-718。

        (4)其他單元

        平臺支撐結構件:NAS254N、AL-6XN;防火防爆墻:316L、P530;墻壁包裹層:316L、P530;電纜盤:316L、P530;樓梯、通道和電梯:316L、P530;天然氣系統:316L、P530。

        【本文標簽】 316L 不銹鋼腐蝕 不銹鋼應用

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