N08825镍基合金复合管件加工技术及耐蚀性研究

任保剑，何 清，张付峰，袁希海，肖松节，唐 荔

（1.郑州万达重工股份有限公司，郑州 451161；2.四川华油集团有限责任公司 物资分公司，成都610017）

N08825镍基合金复合管件加工技术及耐蚀性研究

任保剑1，何 清1，张付峰1，袁希海1，肖松节1，唐 荔2

（1.郑州万达重工股份有限公司，郑州 451161；2.四川华油集团有限责任公司 物资分公司，成都610017）

为了避免高H2S/CO2油气田用管道的电化学腐蚀损伤和应力腐蚀开裂问题，以某天然气净化厂原料气管线拟使用的N08825镍基合金复合管为例，研究了其加工技术及耐蚀性能。研究结果显示，N08825镍基合金复合管力学性能及SCC性能均满足中石化普光气田净化厂原料气管线安全隐患治理工程SEI《焊制复合钢管、管件规格书》要求。结果表明，通过控制大直径镍基合金管件加工工艺并在复合管内表面涂刷防护剂，可确保复合管件成型质量及高H2S/CO2环境下的抗应力腐蚀开裂性能。

N08825镍基合金；复合管；应力腐蚀开裂

Abstract:In order to avoid electrochemical corrosion damage and stress corrosion cracking problem in high H2S/CO2gas fields and pipelines,taking N08825 nickel base alloy pipe,which will be used in a natural gas purification plant raw material gas pipeline,as an example,studied the processing technology and corrosion resistance.The research results indicated that the mechanical properties of N08825 nickel base alloy and the performance of SCC all meet the requirements of the SEI“welding composite steel pipe and pipe piece specification” of the raw material gas pipeline safety hazard management project of Sinopec Puguang gas field purification plant.The research results showed that by controlling the large diameter nickel base alloy pipe fittings processing technology and painting protective agent in composite pipe inner surface,can ensure the forming quality of the composite pipe and the stress corrosion cracking performance under high H2S/CO2environment.

Key words:N08825 nickel base alloy;composite pipe;stress corrosion cracking

近年来，随着能源需求的日益增加，能源问题已经成为制约各国经济发展的重要问题。随着石油和天然气的需求持续增长，油气田的开采已经由原来的粗放型向精细型过渡，高含S油气田的开采比例也在逐步加大。目前，在富含 S（w（S）＞17%）的天然气输送过程中使用的复合管道，其内壁复层材料（316L）腐蚀严重，使用寿命短，存在极大安全隐患，已成为行业急需解决的难题。

对于高H2S/CO2油气田，H2S和CO2共同存在的腐蚀性比单独H2S存在时的腐蚀性更强，为避免H2S/CO2引起的电化学腐蚀损伤和应力腐蚀开裂问题，通常的应对方法是采用昂贵的不锈钢管。为了保证管道的耐蚀性并控制成本，可选用双金属复合管来替代不锈钢管[1-3]，镍基合金复合材料就是其中最具代表性的材料。N08825镍基合金是一种钛稳定化的Ni-Fe-Cr-Mo耐蚀合金，此合金具有良好的耐腐蚀及良好的加工性能，同时还具有耐高温的特点。由于其优良的耐硫化物及氯化物腐蚀性能，在高S原油的加工行业，广泛用于加氢装置中存在严重硫化物及氯化物腐蚀的设备或管线材料中。本研究针对某天然气净化厂原料气管线安全隐患治理工程拟使用的N08825镍基合金复合管，分析其加工工艺及耐蚀性能。

1 加工工艺

N08825镍基合金材料的热加工一直以来是冶金工艺面临的一个难题，是产品制造中的难点所在，主要问题是材料热变形抗力大及热塑性较好的加工温度区域狭窄。本研究采用的Q245R+N08825镍基合金管件为某天然气净化厂原料气管线用管，该钢管是爆炸复合钢板经卷制成型后再采用焊接制成[4-5]，公称直径DN700 mm，壁厚36 mm+3.2 mm。

抗应力腐蚀开裂性能是N08825镍基复合材料在高H2S/CO2油气田企业使用中的一个重要性能指标，在复合管热加工之前对复合板内层表面进行保护，即将防护剂均匀涂覆在N08825镍基合金钢管内表面上。另外，为保证内复层表面的高耐蚀性能，优化设计工装模具，采用在工装模具和管件接触面上堆焊一层不锈钢的方法，以此在成型过程中彻底杜绝铁离子的污染；采用数控铣床加工模具表面，确保尺寸精度及模具和管件成型之后的分离速度。

为了保证复合管件加热后复层的耐蚀性能及基层的力学性能，结合基层和复层两种材料的特性，确定加热温度为（890±15）℃，这一温度区域既处于基层Q245R的正火温度范围，同时也是镍基合金稳定化热处理的温度范围，不但保证了基层的力学性能，而且还能保证复层的耐蚀性能。热处理保温时间为59 min（基材和复层的总壁厚×1.5）。采用该保温时间既能保证镍基合金的固溶效果，也能降低长时间高温条件对复合管件的综合性能的不利影响。

2 力学性能及SCC性能分析

2.1 力学性能

分别对Q245R+N08825镍基合金管件的基材Q245R外弧侧（1#试样）及焊接接头部位（2#试样）进行拉伸试验，试验结果见表1。从表1可以看出，试验结果均满足中石化普光气田净化厂原料气管线安全隐患治理工程SEI《焊制复合钢管、管件规格书》中对拉伸性能的要求。另外，对焊接接头进行了d=4a的侧弯试验，试验结果见表2，其结果也符合标准要求。

表1 DN700 mm×（36+3.2）mm 规格Q245R+N08825镍基复合管件力学性能

表2 Q245R+N08825镍基复合管件焊接接头侧弯试验结果

2.2 应力腐蚀开裂性能

国内多家油气田开发企业均发现其地质结构中蕴含有大量H2S和CO2气体，这两种气体的水溶液均具有较强腐蚀性，不仅易出现局部点蚀，而且在应力作用下会产生硫化物应力腐蚀开裂问题[6-8]，严重影响相关设备的安全使用。

根据工程技术规格书和文献[9-11]对天然气净化厂用镍基复合管件的复层焊接接头进行应力腐蚀开裂试验，工况条件模拟见表3。

表3 模拟工况条件

在垂直于焊缝的复合层焊接接头部位分别取3个试样进行试验，试样尺寸如图1所示。

图1 试样尺寸示意图

试样经丙酮除油、酒精脱水后，采用四点弯曲加载夹具对试样进行加载，如图2所示。加载载荷为209.6 MPa。将3个试样分别放入高压反应釜内进行720 h高温应力腐蚀试验。

图2 四点弯曲试样夹具加载示意图

图3为3个试样经720 h高温应力腐蚀试验后的宏观形貌，在试样表面均未见垂直于试样表面拉应力方向的裂纹，符合该工程技术规格书的要求。

图3 焊接接头试样应力腐蚀试验后表面宏观形貌

3 结束语

通过优化Q245R+N08825镍基合金管件成型加工工艺，保证了镍基合金复合管件的拉伸及弯曲性能指标满足SEI规定的相关技术要求。通过在镍基合金管件内表面涂刷防护剂，保证了加热成型后的镍合金管件在高H2S/CO2环境下的抗应力腐蚀开裂性能。在介质温度120℃、H2S分压2.2 MPa、CO2分压1.1 MPa、溶液介质初始pH=3.4的模拟工况下，经持续720 h的四点弯曲抗H2S/CO2应力腐蚀试验后，在易出现应力集中的焊缝处未发现裂纹，表明采用该工艺制造的大直径镍基合金复合管具有较好的抗应力腐蚀开裂性能。

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编辑：黄蔚莉

Study on N08825 Nickel Base Alloy Composite Pipe Fittings Processing Technology and Corrosion Resistance

REN Baojian1,HE Qing1,ZHANG Fufeng1,YUAN Xihai1,XIAO Songjie1,TANG Li2
（1.Zhengzhou Wanda Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 451161,China;2.Materials Branch of Sichuan Huayou Group Co.,Ltd.,Chengdu 610017,China）

TG174.22

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.08.006

任保剑（1979—），男，河南省郑州人，本科，工程师，主要研究方向为石油天然气输送用双金属耐蚀复合管件和弯管的研发。

2017-05-11