Kohlenstoffstahl für Anwendungen mit Schwefelwasserstoffkorrosion

Schwefelwasserstoff H₂S ist eine anorganische Verbindung, die farblos, brennbar, löslich in Wasser saures Gas, Schwefelwasserstoff Korrosion bezieht sich auf die Öl-und Gas-Pipeline mit einer bestimmten Konzentration von Schwefelwasserstoff (H2S) und Wasser Korrosion. H₂S löst sich in Wasser und wird sauer, was zu elektrochemischer Korrosion und lokaler Lochfraßkorrosion und Perforation von Pipelines führt. Die im Korrosionsprozess erzeugten Wasserstoffatome werden vom Stahl absorbiert und in den metallurgischen Defekten des Rohrs angereichert, was zur Versprödung des Stahls und zur Entstehung von Rissen führen kann. In den Rohrleitungen und Ausrüstungen von sauren Öl- und Gasfeldern, die H₂S enthalten, sind viele Male plötzliche Risse oder Sprödbrüche, Risse in der Schweißzone und andere Unfälle aufgetreten, die hauptsächlich durch wasserstoffinduzierte Risse (HIC) und sulfidische Spannungsrisse (SSC) verursacht werden.

Zu den Faktoren, die die Korrosion von H₂S beeinflussen, gehören die Schwefelwasserstoffkonzentration, der PH-Wert, die Temperatur, die Durchflussmenge, die Kohlendioxid- und Chloridionenkonzentration (C1-) usw. Eine feuchte Schwefelwasserstoff-Spannungskorrosionsumgebung liegt vor, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

• Die Temperatur des Mediums ist nicht höher als 60+2P ℃, P ist der Überdruck des Mediums (MPa);
• B der Partialdruck des Schwefelwasserstoffs mindestens 0,35 MPa beträgt;
• Das Medium enthält Wasser oder die Mediumstemperatur ist niedriger als die Taupunkttemperatur von Wasser;
• Medium mit einem PH-Wert von weniger als 9 oder Zyanid.

Die Ergebnisse zeigen, dass für den legierten Stahl bei gleicher Festigkeit oder Härte des Stahls durch Anlassen bei hoher Temperatur nach dem Abschrecken eine Mikrostruktur mit gleichmäßiger Verteilung kleiner kugelförmiger Karbide erzielt werden kann und dass die Beständigkeit gegen H2S-Korrosion besser ist als nach dem Anlassen. Die Form der Einschlüsse ist ebenfalls von Bedeutung, insbesondere die Form von MnS, da MnS bei hohen Temperaturen zu plastischer Verformung neigen und das durch Warmwalzen gebildete MnS-Blech bei der nachfolgenden Wärmebehandlung nicht verändert werden kann.

Die Elemente Mn, Cr und Ni werden dem Kohlenstoffstahl zur Verbesserung der Härtbarkeit, insbesondere Ni. Es wird allgemein angenommen, dass Ni-Element ist vorteilhaft für die Zähigkeit von legiertem Stahl, aber die Wasserstoff-Evolution Reaktion Überspannung von Ni-Stahl ist niedrig, die Wasserstoff-Ionen ist leicht zu entladen und zu reduzieren, um die Wasserstoff-Ausscheidung zu beschleunigen, so dass die Beständigkeit von Ni-Stahl zu Sulfid Stress Korrosion ist schlecht. Im Allgemeinen sollten Kohlenstoffstahl und legierter Stahl weniger als 1% oder kein Nickel enthalten. Elemente wie Mo, V, Nb usw., die stabile Karbide in Stahl bilden.

ISO 15156-2, ISO15156-3 oder NACE MR0175-2003 haben die Umgebungsbedingungen begrenzt, um das Auftreten von Spannungskorrosion zu vermeiden. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, müssen HIC- und SSC-Prüfungen durchgeführt und andere einschlägige Normen eingehalten werden. Das American Corrosion Institute (NACE) MR-01-95 besagt, dass zur Vermeidung von sulfidischer Spannungsrisskorrosion (SSCC) gewöhnlicher Stahl (Nickelgehalt unter 1%) mit einer Härte unter Rockwell HRC22 oder gehärteter Chrom-Molybdän-Stahl mit einem Nickelgehalt unter HRC 26 zu verwenden ist.

Darüber hinaus gibt es weitere Einschränkungen:

• Verunreinigungen im Stahl: Schwefel ≤ 0,002%, P≤0,008%, O≤ 0,002%.

• Die Härte ist nicht mehr als 22HRC, die Streckgrenze ist weniger als 355MP, die Zugfestigkeit ist weniger als 630MPa

• Der Kohlenstoffgehalt des Stahls sollte so weit wie möglich reduziert werden, um die mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs nicht zu beeinträchtigen. Für kohlenstoffarmen Stahl und Kohlenstoff-Mangan-Stahl: CE≤0,43, CE=C+Mn/6; Für niedrig legierten Stahl: CE≤045 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

Stahlblech：SA387 Gr11(HlC), SA387 Gr12(HlC), SA387 Gr22(HlC), SA516 Gr65(HlC), SA516 Gr70(HlC);

Stahlrohr: API 5CT H40, J55, L55, C75(1,2,3), L80(Typ 1), N80(Typ Q/T), C95(Typ Q/T), P105, P110 Q/T); API 5L Klasse A, Klasse B, X42, X46, X52; ASTM A53, A106(A, B, C)

Die verfügbaren Kohlenstoffstahlrohre und -platten für H₂S-Anwendungen