Научная статья на тему 'СПЕЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ 30Х13 ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ, СОДЕРЖАЩИХ H2S'

СПЕЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ 30Х13 ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ, СОДЕРЖАЩИХ H2S Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
114
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
H2S / СЕРОВОДОРОД / СКРН / ТЕРМООБРАБОТКА / МИКРОСТРУКТУРА / NACE TM0177 / NACE MR0175 / КОРРОЗИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ / АГРЕССИВНАЯ СРЕДА / РАЗРУШЕНИЕ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кравченко А.В., Мольцен С.Н., Макарова И.В., Симонов Ю.Н., Некрасова Т.В.

Условия эксплуатации скважинного оборудования для добычи нефти достаточно разнообразны, а агрессивные среды многокомпонентны, в связи с чем металлические конструкции подвержены воздействию целого комплекса вредных факторов. В статье выделено доминирующее влияние H2S и рассмотрен специальный вид термообработки стали 30Х13 для производства деталей, предназначенных для эксплуатации в условиях одного из самых опасных видов разрушения - сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН). Анализ проблематики выполнен на основании исследования типичного случая СКРН корпуса клапана закрытого (ККЗ) штангового глубинного насоса (ШГН). Рассмотрены параметры скважинной жидкости, типы нагружения и влияние механических свойств и микроструктуры на долговечность изделия. Учитывая требования международного стандарта NACE MR0175 к стали 30Х13 (UNS S42000) в среде H2S, в статье представлен ряд опытных работ по термической обработке (ТО), изучению микроструктуры в выбранных режимах ТО и её влияние на стойкость стали к СКРН. Поскольку пределы стойкости стали 30Х13 определены стандартом NACE MR0175 и имеют ограничения по применению стали в зависимости от парциального давления H2S в среде эксплуатации, задачей исследования является изучение лимитов стойкости в зависимости от напряжения в предельно насыщенной H2S среде. Кроме стандартных режимов ТО, наиболее стойким к СКРН является вид обработки со сверхвысокой температурой отпуска, позволяющий получить минимальные структурные напряжения, максимальную пластичность и приемлемые механические свойства. В условиях низких напряжений (не более 40 % от предела текучести) состояние сверхвысокого отпуска является устойчивым даже в предельно насыщенных средах H2S при нормальных условиях. Тестирование на СКРН выполнено по стандартной методике NACE TM-0177, представлено оборудование, схема испытания и общие теоретические сведения о причинах агрессивного воздействия сероводорода.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кравченко А.В., Мольцен С.Н., Макарова И.В., Симонов Ю.Н., Некрасова Т.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMAL CONDITION OF STEEL UNS S42000 FOR OPERATION IN OIL WELLS SATURATED H2S

The operating conditions of subsurface equipment for production are quite diverse and place metal structures in combination with an aggressive environment. The article highlights the effect of H2S considers the steady state of UNS S42000 steel for the production and operation of parts under conditions of one of the most dangerous types of destruction - sulfide stress cracking (SSC). The analysis of the problem was carried out on the basis of a research of the typical situation SSC of the cage of a sucker rod pump. The parameters of the well fluid, types of loading and studies of mechanical properties for contamination of the product are selected. Taking into account the requirements of the international standard NACE MR0175, to the stable state of steel UNS S42000 in the H2S environment, the article presents a number of experimental works on heat treatment, the research of the microstructure in the selected temperature tempering and its effect on the resistance of steel to SSC. Since the resistance limits of steel UNS S42000 are defined by the NACE MR0175 standard and have restrictions on the use of steel depending on the partial pressure of H2S in the operating environment, the research task was to study the resistance limits depending on the voltage in an extremely saturated H2S environment. In addition to the standard temperature tempering, the most resistant to SSC was the variant of ultra-high tempering temperature, which makes it possible to obtain minimal structural stresses, maximum ductility, and acceptable mechanical properties. Under conditions of low stresses (no more than 40 % of the yield strength), the ultra-high tempering state is stable even in extremely saturated H2S media at atmospheric pressure and room temperature. Testing for SSC was performed according to the standard NACE TM-0177 method, equipment, scheme and general theoretical information about the test and the reasons for the aggressive effects of hydrogen sulfide are presented.

Текст научной работы на тему «СПЕЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ 30Х13 ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ, СОДЕРЖАЩИХ H2S»

Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:

Специальный режим термообработки стали 30Х13 для эксплуатации деталей в нефтяных скважинах, содержащих H2S / А.В. Кравченко, С.Н. Мольцен, И.В. Макарова Ю.Н. Симонов, Т.В. Некрасова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. - 2022. - Т. 24, № 4 - С. 96-105. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.11

Please cite this article in English as:

Kravchenko A.V., Molteen S.N., Makarova I.V., Simonov Y.N., Nekrasova T.V. Optimal condition of steel uns s42000 for operation in oil wells saturated H2S. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2022, vol. 24, no. 4, pp. 96-105. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.11

ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение

Т. 24, № 4, 2022 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science

http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/

Научная статья

DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.11 УДК 620.194.22

А.В. Кравченко1'2, С.Н. Мольцен1'2, И.В. Макарова1'2, Ю.Н. Симонов1, Т.В. Некрасова1

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия 2АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», Пермь, Россия

СПЕЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ 30Х13 ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ, СОДЕРЖАЩИХ H2S

Условия эксплуатации скважинного оборудования для добычи нефти достаточно разнообразны, а агрессивные среды многокомпонентны, в связи с чем металлические конструкции подвержены воздействию целого комплекса вредных факторов. В статье выделено доминирующее влияние H2S и рассмотрен специальный вид термообработки стали 30Х13 для производства деталей, предназначенных для эксплуатации в условиях одного из самых опасных видов разрушения - сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН).

Анализ проблематики выполнен на основании исследования типичного случая СКРН корпуса клапана закрытого (ККЗ) штангового глубинного насоса (ШГН). Рассмотрены параметры скважинной жидкости, типы нагружения и влияние механических свойств и микроструктуры на долговечность изделия.

Учитывая требования международного стандарта NACE MR0175 к стали 30Х13 (UNS S42000) в среде H2S, в статье представлен ряд опытных работ по термической обработке (ТО), изучению микроструктуры в выбранных режимах ТО и её влияние на стойкость стали к СКРН.

Поскольку пределы стойкости стали 30Х13 определены стандартом NACE MR0175 и имеют ограничения по применению стали в зависимости от парциального давления H2S в среде эксплуатации, задачей исследования является изучение лимитов стойкости в зависимости от напряжения в предельно насыщенной H2S среде. Кроме стандартных режимов ТО, наиболее стойким к СКРН является вид обработки со сверхвысокой температурой отпуска, позволяющий получить минимальные структурные напряжения, максимальную пластичность и приемлемые механические свойства. В условиях низких напряжений (не более 40 % от предела текучести) состояние сверхвысокого отпуска является устойчивым даже в предельно насыщенных средах H2S при нормальных условиях.

Тестирование на СКРН выполнено по стандартной методике NACE TM-0177, представлено оборудование, схема испытания и общие теоретические сведения о причинах агрессивного воздействия сероводорода.

Ключевые слова: H2S, сероводород, СКРН, термообработка, микроструктура, NACE TM0177, NACE MR0175, коррозионные испытания, агрессивная среда, разрушение.

A.V. Kravchenko1,2, S.N. Moltcen1,2, I.V. Makarova1,2, Y.N. Simonov1, T.V. Nekrasova1

Verm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation 2JSC «ELKAM-neftemash», Perm, Russian Federation

OPTIMAL CONDITION OF STEEL UNS S42000 FOR OPERATION IN OIL WELLS SATURATED H2S

The operating conditions of subsurface equipment for production are quite diverse and place metal structures in combination with an aggressive environment. The article highlights the effect of H2S considers the steady state of UNS S42000 steel for the production and operation of parts under conditions of one of the most dangerous types of destruction - sulfide stress cracking (SSC).

The analysis of the problem was carried out on the basis of a research of the typical situation SSC of the cage of a sucker rod pump. The parameters of the well fluid, types of loading and studies of mechanical properties for contamination of the product are selected.

Taking into account the requirements of the international standard NACE MR0175, to the stable state of steel UNS S42000 in the H2S environment, the article presents a number of experimental works on heat treatment, the research of the microstructure in the selected temperature tempering and its effect on the resistance of steel to SSC.

Since the resistance limits of steel UNS S42000 are defined by the NACE MR0175 standard and have restrictions on the use of steel depending on the partial pressure of H2S in the operating environment, the research task was to study the resistance limits depending on the voltage in an extremely saturated H2S environment. In addition to the standard temperature tempering, the most resistant to SSC was the variant of ultrahigh tempering temperature, which makes it possible to obtain minimal structural stresses, maximum ductility, and acceptable mechanical properties. Under conditions of low stresses (no more than 40 % of the yield strength), the ultra-high tempering state is stable even in extremely saturated H2S media at atmospheric pressure and room temperature.

Testing for SSC was performed according to the standard NACE TM-0177 method, equipment, scheme and general theoretical information about the test and the reasons for the aggressive effects of hydrogen sulfide are presented.

Keywords: H2S, hydrogen sulfide, SSC, temperature tempering, microstructure, NACE TM0177, NACE MR0175, corrosion tests, aggressive environment, environment cracking.

Введение

Добыча нефти штанговыми глубинными насосами (ШГН) в коррозионном фонде скважин обусловливает необходимость использования коррозионно-стойких материалов [1]. Учитывая, что большинство деталей в процессе эксплуатации испытывают действие механических напряжений, необходима не только общая коррозионная стойкость, но и стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) [1, 2].

С позиции скорости протекания разрушающих коррозионных процессов одним из самых опасных компонентов агрессивной среды является сероводород (H2S) и связанное с ним сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением (СКРН) [3-8]. В общем случае СКРН проявляется в образовании сетки разнонаправленных трещин по границам зерен или по частицам гидридов, очаг зарождения трещин обычно находится под поверхностью, а сама деталь может не содержать явных следов питтинговой коррозии.

В настоящее время наиболее эффективным решением для повышения надежности скважинного оборудования для фонда, осложненного H2S, является использование стойких материалов [9-11]. Обширный перечень сталей и сплавов, допустимые условия эксплуатации и методики тестирования материалов предложены международной ассоциацией инженеров по коррозии - NACE. Приемлемая стоимость и широкая распространенность в РФ и за рубежом нержавеющей стали мартенситного класса 30Х13 позволяет рассматривать ее использование в

оборудовании для нефтяных компаний [12-15]. Однако следует учитывать, что сталь 30Х13 (аналог UNS S42000) в состоянии закалки с высоким отпуском имеет ограничения по эксплуатации - парциальное давление сероводорода не более 10 кПа, pH не ниже 3,5 по ANSI/NACE MR0175/IS015156 (содержание солей учитывается в зависимости от совокупности других осложняющих факторов и жестко не регламентируется стандартом).

Типичный случай СКРН

Типичный случай СКРН нагнетательного корпуса клапана закрытого (ККЗ) скважинного насоса из нержавеющей стали 30Х13 показан на рис. 1. Условия эксплуатации представляют собой нефтяную жидкость с содержанием водной фазы до 95 %, H2S до 70 мг/л, общая минерализация до 170 г/л, водородный показатель pH в результате кислотных обработок может кратковременно снижаться до нуля (указанные значения допускаются техническими требованиями некоторых российских нефтяных компаний).

В общем случае разрушение изделия при СКРН происходит одномоментно, часто без признаков коррозионного повреждения, чем обусловливает появление непредсказуемых отказов деталей и узлов. Стремительное развитие трещин происходит в различных направлениях, образуя хрупкий излом (рис. 1, в), очаги зарождения микротрещин часто расположены под поверхностью на глубине несколько зерен без явного очага зарождения.

Рис. 1. Разрушение корпуса клапана ШГН по механизму СКРН: а - общий вид детали с трещиной; б - микротрещины; в - поверхность излома, г - микроструктура, х1000

В данном случае в процессе эксплуатации изделия испытывают циклические напряжения от 0 до 200 МПа в среднем 4 раза в минуту, при этом наработка до разрушения составила 30 суток (~43 тыс. циклов). По результатам металлографического анализа установлено, что деталь подвергалась высокотемпературной закалке с последующим отпуском 550-600°С на твердость 30-35 ЫЯС, размер зерна бывшего аустенита 30-50 мкм, микроструктура представляет собой дисперсный сорбит отпуска (рис. 1, г), загрязненность оксидами точечными не более 1 балла.

Указанная микроструктура исследуемой детали обусловливает высокий предел выносливости при циклических напряжениях без воздействия агрессивной Ы2Б среды, но в условиях действия Ы2Б среды произошло водородное охрупчивание и коррозионное растрескивание [16-21].

Подготовка образцов для испытания

Для исследования стали 30Х13 выбрана круглая заготовка 030 мм. В табл. 1 показан фактический химический состав заготовки, в табл. 2 - результаты исследования влияния температуры отпуска на характеристики механических свойств.

Закалка выполнена при температуре 1000 °С (выдержка 1,5 ч) в масло, после закалки об-

разцы разделены на группы для проведения дальнейшей термообработки при различных температурах отпуска (выдержка 3 ч, охлаждение в масло).

С повышением температуры отпуска возрастают показатели ударной вязкости КСУ и пластичности материала (см. табл. 2). Например, при отпуске 620 °С излом сухой, волокнистый, без признаков макропластической деформации, при 660 °С на поверхности изломов ударных образцов можно наблюдать небольшую боковую утяжку. После отпуска при 700 °С ударная вязкость возрастает практически в 2 раза и достигает 0,95-1,00 МДж/м2. Поверхность изломов становится более темной, хотя волокнистой в полной мере ее признать нельзя, при этом на поверхности изломов наблюдается значительная боковая утяжка. При дальнейшем повышении температуры отпуска в интервале 700780 °С значения ударной вязкости практически не изменяются (рис. 2).

Неизменный уровень ударной вязкости можно связывать, с одной стороны, с разупрочнением металла, а с другой стороны - с укрупнением микроструктуры. Первый процесс приводит к повышению ударной вязкости, а второй - к ее снижению, и, таким образом, два эти процесса компенсируют друг друга [22-25].

Рис. 2. Изломы образцов после испытания на ударную вязкость

Таблица 1

Химический состав образцов стали 30Х13, мас. %

Сталь C Cr Ni Mo Mn Si P S

30Х13 0,281 12,984 0,098 0,0095 0,430 0,291 0,0089 0,0017

ГОСТ 5632-72 0,26-0,35 12-14 - - < 0,8 < 0,8 < 0,030 < 0,025

ШЯ 842000 > 0,15 12-14 - - <1 < 1 < 0,040 < 0,030

Механические свойства и режимы ТО образцов стали 30Х13

Таблица 2

№ Тотп °С бВ, МПа б0,2, МПа 8, % V, % KCV, кг-м/см2 Твердость

HB HRC

1 620 855 698 16,1 55,3 3,45 255 26

2 660 766 608 19,7 55,8 5,0 235 22

3 700 715 563 21,7 60,0 9,65 220 20

4 740 678 505 25,8 62,5 10,55 210 18

5 780 618 458 32,1 66,0 9,60 192 17

Структурные изменения стали 30Х13 в зависимости от температуры отпуска

Металлографический анализ выполнен на шлифах, приготовленных на головках разрывных образцов. Результаты исследования микроструктуры стали 30Х13 после различных режимов отпуска показаны на рис. 3.

После закалки и отпуска при температуре 620°С микроструктура стали 30Х13 представляет собой высокоотпущенный мартенсит с образованием большого количества дисперсных карбидных частиц, выделяющихся по границам зерен, пакетов и реек а-фазы (рис. 3, а).

После закалки и отпуска при 660 °С реечная субструктура, унаследованная от мартенсита, в целом сохраняется, однако можно наблюдать и отдельные микрообъемы, в которых она отсутствует (рис. 3, б). Таким образом, при 660°С наблюдаются первые признаки рекристаллизации.

После закалки и отпуска при 700°С доля микрообъемов а-фазы с сохранившейся субструктурой заметно уменьшается (рис. 3, в), наблюдается укрупнение карбидной фазы.

После закалки и отпуска при 740 °С в структуре практически не обнаруживаются микрообъемы с субструктурой - процессы рекристаллизации протекают весьма активно (рис. 3, г). Происходит дальнейшее укрупнение карбидной фазы, и наиболее явно прослеживается неоднородность её распределения [19].

После закалки и отпуска при 780 °С процессы рекристаллизации а-фазы приходят к своему логическому завершению - в структуре отсутствуют объемы, в которых можно было бы наблюдать элементы субструктуры, унаследованные от мартенсита (рис. 3, д). Кроме того, наблюдается общее укрупнение структуры, в том числе - и выделений карбидной фазы (рис. 3, е). Прочность достигает своего минимума, а пластичность, соответственно, находится на максимальном уровне.

Рис. 3. Микроструктура стали 30Х13 (увеличение *1000) после закалки и соответствующей температуры отпуска: а - отпуск 620 °С; б - отпуск 660 °С; в - отпуск 700 °С; г - отпуск 740 °С; д - отпуск 780 °С; е - отпуск 780 °С через призму Номарского в поляризованном свете

Испытание на СКРН по методу «А» NACE TM-0177

Испытания на стойкость образцов к СКРН выполнены по методу «А» NACE TM-0177. Схема испытания предусматривает постоянную осевую растягивающую нагрузку (рис. 4), которая может быть сопоставима с нагрузками на детали в реальных условиях эксплуатации. Испытательная среда представляет собой подкисленный водный раствор «А» по NACE TM-0177 (CH3COOH - 0,5 мас.%, NaCl -5 мас.%, pH 2,7 ± 0,1), предельно насыщенный сероводородом (парциальное давление H2S 100 кПа).

Для испытания на СКРН выбрано два температурных режима отпуска 660-680 °С и 760-780 °С. Первый режим обеспечивает максимально допустимую твердость по NACE MR0175 (не более 22 HRC) для стали 30Х13 (UNS S420000); второй режим является «сверхвысоким» отпуском и предельно близким к точке Ас] (810 °С). Другими словами, выбранные режимы ТО образуют границы допустимого температурного диапазона отпуска для стойкости стали к СКРН: первый режим отпуска ограничен твердостью

и представляет собой нижний предел с температурой 660-680 °С, а второй режим - верхний температурный предел 760-780 °С ограничен первой критической точкой для стали 30Х13.

Режимы тестирования на СКРН выбраны с учетом специфики реальных условий эксплуатации корпуса клапана закрытого ШГН. Во-первых, известно, что образцы 30Х13 (UNS S42000) в состоянии закалки с высоким отпуском (не менее 680°С) устойчивы СКРН под действием напряжения 0,9 бт при парциальном давлении сероводорода 10 кПа. Во-вторых, корпус клапана закрытый скважинного насоса в работе испытывает всегда одни и те же абсолютные напряжения, вне зависимости от прочностных характеристик. В-третьих, детали насоса в работе испытывают напряжения значительно меньшие, чем 0,9 бт, а парциальное давление сероводорода может превышать 10 кПа. Таким образом, неизвестно, будут ли устойчивы детали из стали 30Х13 (UNS S42000) при меньших напряжениях и больших значениях парциального давления H2S в скважине.

Учитывая указанные выше особенности, сравнение стойкости к СКРН различных режимов тер-

мообработки стали 30Х13 (независимо от уровня прочности) выполнено в условиях раствора «А» по NACE TM-0177 (pH2S - 100 кПа) и равного абсолютного напряжения 0,7 бт (426 МПа), 0,5 бт (304 МПа) и 0,3 бт (182 МПа) от меньшего значения предела текучести.

На рис. 4 показан испытательный стенд Proof Rings и стандартная схема испытания, суть которой заключается в установке образца под постоянным осевым растягивающим напряжением в ячейке с испытательным раствором «А», время испытания 720 ч (если образец не разрушится раньше).

На рис. 5 показаны результаты испытания на стойкость к СКРН. Сталь 30Х13 после закалки и отпуска 660-680 °С, как и образцы после отпуска

760-780 °С под абсолютным напряжением > 304 МПа, имеют близкие и неудовлетворительные результаты времени до разрушения образцов (менее 720 ч) и по результатам теста не являются устойчивыми к СКРН в условиях тестирования. Отличия механических свойств образцов в указанных условиях тестирования не оказало существенного влияния на стойкость к СКРН.

В то же время образец после закалки и отпуска при 760-780 °С выстоял 720 ч при напряжении 182 МПа (фактически ~0,4 бТ) и не разрушился. Отсюда следует, что сталь 30Х13 является устойчивой к СКРН под напряжением не более 182 МПа в среде, предельно насыщенной Ы28 при комнатной температуре и атмосферном давлении.

а б

Рис. 4. Испытательный стенд Proof Rings (а); схема испытания по методу «А» NACE TM-0177 (б)

300 400 500

ВРЕМЯ ДО РАЗРУШЕНИЯ, Ч

Рис. 5. Результаты испытания по NACE TM-0177

Рис. 7. Подповерхностное растрескивание образцов при СКРН: а - увеличение х100; б - увеличение х500

Отпуск 760-780 °С Отпуск 660-680 °С

426 МПа/295ч 304 МПа/165ч 182 МПа /720ч 426 МПа/380ч 304 МПа/275ч 182 МПа /65ч

Рис. 6. Состояние образцов после испытания на СКРН по NACE TM-0177

Результат тестирования показывает доминирующее влияние микроструктуры на стойкость стали 30Х13 в условиях статических напряжений в среде сероводорода. В данном случае при положительном результате испытаний температура отпуска выбрана выше стандартных справочных значений и находится в непосредственной близости к точке Ас1 810 °С. Полученная таким образом микроструктура состоит из зерен без признаков наличия субструктуры и явно выраженных коагулированных карбидных частиц, выделившихся как по границам, так и в теле зерен ферритной матрицы. Именно такая структура обеспечивает максимально высокое сопротивление стали СКРН при напряжениях не выше 182 МПа.

Разрушение образцов произошло по хрупкому механизму, зоны утяжки и признаки пластического долома отсутствуют (рис. 6).

На образцах обнаружено множество разнонаправленных трещин (рис. 7), в том числе расположенных под поверхностью и вызванных охрупчива-нием материала под действием одновременных разрушающих факторов наводороживания и напряжения.

Заключение

1. Показано, что с повышением температуры отпуска показатели ударной вязкости (KCV) и пластичности стали 30Х13 возрастают.

2. Установлено, что микроструктура в состоянии сверхвысокого отпуска (760-780 °С) представляет собой ферритную матрицу, в которой прошла собирательная рекристаллизация с равномерно распределенными в ней достаточно крупными глобулярными карбидными частицами.

3. Результат тестирования по NACE TM-0177 показал, что при напряжениях до 0,4 бТ (182 МПа) образец стали 30Х13 в состоянии сверхвысокого отпуска (760-780 °С) устойчив к СКРН в условиях предельного насыщения H2S в нормальных условиях.

4. При напряжениях выше 0,4 бТ (182 МПа) образцы стали, независимо от температуры отпуска, не выдерживают испытания на СКРН по NACE TM-1077 в растворе, предельно насыщенном H2S; при этом различия во времени до разрушения несущественны.

5. Показано, что решающее значение на стойкость стали 30Х13 к СКРН оказывает не прочность материала, а морфология микроструктуры. Таким образом, феномен СКРН демонстрирует достаточно сильную структурную чувствительность.

Библиографический список

1. Ивановский В.Н. Теоретические основы процесса коррозии нефтепромыслового оборудования // Инженерная практика. - 2010. - Вып. № 6. - С. 122.

2. Якимов С.Б. Виды коррозии корпусов ПЭД и ЭЦЕН на месторождениях ТНК-ВР // Инженерная практика. - 2010. - № 6.

3. Савченков А.Л. Первичная переработка нефти и газа: учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. -128 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Хайдерсбах Р. Защита от коррозии и металловедение оборудования для добычи нефти и газа: пер. с англ. яз. / под ред. Ф.М. Хуторянского. - СПб.: ЦОП «Профессия» 2015. - 480 с.

5. Каллистер У., Ретвич Д. Материаловедение: от технологии к применению (металлы, керамика, полимеры) / пер. с англ. под ред. Малкина А.Я. - СПб.: Научные основы и технологии, 2011. - 896 с.

6. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. - М.: Металлургия, 1986. - 292 с.

7. Иоффе А.В., Липатов Р.А., Зырянов А.О. Надежность элементов погружного оборудования при эксплуатации в условиях коррозионно-активных сред. Расследование причин преждевременных отказов // Инженерная практика. - 2017. - No. 1-2. - С. 30-42.

8. Шрейдер А.В. Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на нефт яное и химическое оборудование. - М.: Машиностроение, 1976.

9. Hara T., Asahi H., Kaneta H. Galvanic corrosion in oil and gas environments // Paper presented at the CORROSION 96. - Denver, Colorado. - 1996. - Paper Number: NACE-96063.

10. Brown B.F. Stress corrosion cracking control measures. - University of Michigan Library, 1976. - 86 p.

11. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: способы защиты оборудования от коррозии: справ. изд. / под ред. Б.В. Строкана, А.М. Сухотина. - Л.: Химия, 1987. - 280 с.

12. Испытания сталей и сварных соединений в на-водороживающих средах / О.И. Стеклов, Н.Г. Бодрихин, В.М. Кушнаренко [и др.]. - М.: Металлургия, 1992.

13. Иофа З.А. Кам Фан Лыонг. О механизме ускоряющего действия сероводорода на реакцию разряда ионов водорода на железе // Защита металлов. - 1974. -Т. 10, № 1. - С. 17-21.

14. Иофа З.А., Кам Фан Лыонг. Влияние сероводорода, ингибитора и рН среды на скорость электрохимических реакций и коррозию железа // Защита металлов. -1974. - Т. 10, № 3. - С. 300-303.

15. Гоник А. А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. - М.: Недра, 1976.

16. Оценка склонности сталей к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением / В.И. Астафьев, Д.Ю. Рагузин, Т.В. Тетюева, П.С. Шмелев // Зав. Лаборатория. - 1994. - № 1. - С. 37-40.

17. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. -М.: Металлургия, 1985.

18. Артамошкин C.B., Астафьев В.И., Тетюева Т.М. Влияние микроструктуры и неметаллических включений на склонность низколегированных сталей к сульфидному разрушению под напряжением // Физико-химическая механика материалов. - 1991. - Т. 2.7, № 6. - С. 60-66.

19. Roberge P.R. Corrosion Basics: An Introduction. -2nd ed. Houston. - TX: NACE International, 2006.

20. Cramer S.D., Covino B.S. ASM Handbook. -Vol. 13A: Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection. Metals Park, OH: ASM International. - 2003.

21. Smart J. Corrosion failure of offshore steel platforms // Materials Performance. - 1980. - Vol. 19. - P. 41-48.

22. Георгиев М.Н., Симонов Ю.Н. Трещиностой-кость железоуглеродистых сплавов: монография / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. - 419 с.

23. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. - 184 с.

24. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций коррозии под напряжением. - М.: Машиностроение, 1990.

25. Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтепромыслового оборудовани я от коррозии. - М.: Недра, 1982.

References

1. Ivanovskii V.N. Teoreticheskie osnovy protsessa korrozii neftepromyslovogo oborudovaniia [Theoretical basis of the corrosion process of oilfield equipment]. Inzhenernaiapratika, 2010, no. 6, p. 122.

2. Iakimov S.B. Vidy korrozii korpusov PED i ETsEN na mestorozhdeniiakh TNK-VR [Types of corrosion of ESP and ECEN casings at TNK-BP fields]. Inzhenernaia praktika, 2010, no. 6.

3. Savchenkov A.L. Pervichnaia pererabotka nefti i gaza: uchebnoe posobie [Crude oil refining and gas: textbook]. Tiumen': TiumGNGU, 2014, 128 p.

4. Khaidersbakh R. Zashchita ot korrozii i metallovedenie oborudovaniia dlia dobychi nefti i gaza [Corrosion protection and metallurgy of oil and gas production equipment]. Ed. F.M. Khutorianskogo. Saint-Petersburg: TsOP «Professiia» 2015, 480 p.

5. Kallister U., Retvich D. Materialovedenie: ot tekhnologii k primeneniiu (metally, keramika, polimery) [Materials science: from technology to application (metals, ceramics, polymers)]. Ed. Malkina A.Ia. Saint-Petersburg: Nauchnye osnovy i tekhnologii, 2011, 896 p.

6. Romaniv O.N., Nikiforchin G.N. Mekhanika kor-rozionnogo razrusheniia konstruktsionnykh splavov [Mechanics of corrosion fracture of structural alloys]. Moscow: Metallurgiia, 1986, 292 p.

7. Ioffe A.V., Lipatov R.A., Zyrianov A.O. Nadezhnost' elementov pogruzhnogo oborudovaniia pri ekspluatatsii v

usloviiakh korrozionno-aktivnykh sred. Rassledovanie prichin prezhdevremennykh otkazov [Reliability of components of submersible equipment when operated in corrosive environments. Investigation of causes of premature failures]. Inzhenernaiapraktika, 2017, no. 1-2, pp. 30-42.

8. Shreider A.V. Shparber I.S., Archakov Iu.I. Vliianie vodoroda na neft ianoe i khimicheskoe oborudovanie [Effect of hydrogen on oil and chemical equipment]. Moscow: Mashinostroenie, 1976.

9. Hara T., Asahi H., Kaneta H. Galvanic corrosion in oil and gas environments. Paper presented at the CORROSION 96. Denver, Colorado, 1996. Paper Number: NACE-96063.

10. Brown B.F. Stress corrosion cracking control measures. University of Michigan Library, 1976, 86 p.

11. Korrozionnaia stoikost' oborudovaniia khimi-cheskikh proizvodstv: sposoby zashchity oborudovaniia ot korrozii [Corrosion resistance of chemical production equipment: ways to protect equipment from corrosion]. Ed. B.V. Strokana, A.M. Sukhotina. Leningrad: Khimiia, 1987, 280 p.

12. Steklov O.I., Bodrikhin N.G., Kushnarenko V.M. et al. Ispytaniia stalei i svarnykh soedinenii v navodorozhivaiushchikh sredakh [Testing of steels and welded joints in hydrogen-inhibiting environments]. Moscow: Metallurgiia, 1992.

13. Iofa Z.A. Kam Fan Lyong. O mekhanizme uskoriaiushchego deistviia serovodoroda na reaktsiiu razriada ionov vodoroda na zheleze [On the mechanism of the accelerating effect of hydrogen sulfide on the discharge reaction of hydrogen ions on iron]. Zashchita metallov, 1974, vol. 10, no. 1, pp. 17-21.

14. Iofa Z.A., Kam Fan Lyong. Vliianie serovodoroda, ingibitora i rN sredy na skorost' elektrokhimicheskikh reaktsii i korroziiu zheleza [Effect of hydrogen sulfide, inhibitor and pH on the rate of electrochemical reactions and corrosion of iron].. Zashchita metallov, 1974, vol. 10, no. 3, pp. 300-303.

15. Gonik A.A. Korroziia neftepromyslovogo oboru-dovaniia i mery ee preduprezhdeniia [Corrosion of oilfield equipment and measures to prevent it]. Moscow: Nedra, 1976.

16. Astafev V.I., Raguzin D.Iu., Tetiueva T.V., Shme-lev P.S. Otsenka sklonnosti stalei k sul'fidnomu kor-rozionnomu rastreskivaniiu pod napriazheniem [Assessing the susceptibility of steels to sulfide stress corrosion cracking]. Zavodskaia Laboratoriia, 1994, no. 1, pp. 37-40.

17. Archakov Iu.I. Vodorodnaia korroziia stali [Hydrogen corrosion of steel]. Moscow: Metallurgiia, 1985.

18. Artamoshkin C.B., Astafev V.I., Tetiueva T.M. Vliianie mikrostruktury i nemetallicheskikh vkliuchenii na sklonnost' nizkolegirovannykh stalei k sul'fidnomu razrusheniiu pod napriazheniem [Influence of microstructure and non-metallic inclusions on the susceptibility of low-alloy steels to sulfide stress fracture]. Fiziko-khimicheskaia mekhanika materialov, 1991, vol. 2.7, no. 6, pp. 60-66.

19. Roberge P.R. Corrosion Basics: An Introduction. 2nd. Ed. Houston. TX: NACE International, 2006.

20. Cramer S.D., Covino B.S. ASM Handbook. Vol. 13A: Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection. Metals Park, OH: ASM International, 2003.

21. Smart J. Corrosion failure of offshore steel platforms. Materials Performance, 1980, vol. 19, pp. 41-48.

22. Georgiev M.N., Simonov Iu.N. Treshchinostoi-kost' zhelezouglerodistykh splavov: monografiia [Crack resistance of iron-carbon alloys: a monograph]. Izdatekstvo Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta, 2013, 419 p.

23. Simonov Iu.N., Georgiev M.N., Simonov M.Iu. Osnovy fiziki i mekhaniki razrusheniia [Fundamentals of Fracture Physics and Mechanics]. Izdatekstvo Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta, 2012, 184 p.

24. Steklov O.I. Stoikost' materialov i konstruktsii korrozii pod napriazheniem [Resistance of materials and structures to stress corrosion]. Moscow: Mashinostroenie, 1990.

25. Saakiian L.S., Efremov A.P. Zashchita neftepro-myslovogo oborudovani ia ot korrozii [Corrosion protection of oilfield equipment]. Moscow: Nedra, 1982.

Поступила: 20.08.2022

Одобрена: 01.11.2022

Принята к публикации: 01.12.2022

Об авторах

Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Россия) - инженер по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: andrew@vputehod.ru, ORCID: 0000-0003-4308-2977, член NACE №11432855).

Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Россия) - директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: stanislav@vputehod.ru, ORCID: 0000-0002-5269-8119, член NACE №11432858).

Макарова Ирина Владимировна (Пермь, Россия) -инженер-технолог 2-й категории АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: makarovaiv99@mail.ru).

Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Simonov@pstu.ru).

Некрасова Татьяна Витальевна (Пермь, Россия) -кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: tanyanekrtv@mail.ru).

About the authors

Andrew V. Kravchenko (Perm, Russian Federation) -Expert of quality ELKAM a postgraduate student of Metals and heat treatment department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: andrew@vputehod.ru, ORCID: 0000-00034308-2977, NACE membership №11432855).

Stanislav N. Moltcen (Perm, Russian Federation) - Head of quality service ELKAM, a postgraduate student of Metals and heat treatment department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: stanislav@vputehod.ru, ORCID: 0000-00025269-8119, NACE membership №11432858).

Irina V. Makarova (Perm, Russian Federation) - Expert of heat treatment ELKAM, a student of Metals and heat treatment department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: makarovaiv99@mail.ru).

Yurii N. Simonov (Perm, Russian Federation) - Doctor of engineering science, professor, the head of Metals and heat treatment department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: Simonov@pstu.ru).

Tatyana V. Nekrasova (Perm, Russian Federation) -Candidate of engineering science, Associate Professor of Metals and heat treatment department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: tanyanekrtv@mail.ru).

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад всех авторов равноценен.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.