zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-7-65-73zldm-2547Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSПрименение метода растяжения с малой скоростью деформации для оценки склонности коррозионностойких сталей и сплавов к сульфидному растрескиваниюApplication of the slow strain rate test method to assess the tendency of corrosion-resistant steels and alloys to sulfide crackingХарьковАлександр АркадьевичKharkovAlexander A.

Александр Аркадьевич Харьков,

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29.

Alexander A. Kharkov,

29, Politekhnicheskaya ul., St. Petersburg, 195251.

НиколаеваАнна ГеннадьевнаNikolaevaAnna G.

Анна Геннадьевна Николаева,

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29.

Anna G. Nikolaeva,

29, Politekhnicheskaya ul., St. Petersburg, 195251.

nikolaeva_ag@spbstu.ruАльхименкоАлексей АлександровичAlhimenkoAlexey A.

Алексей Александрович Альхименко,

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29.

Alexey A. Alhimenko,

29, Politekhnicheskaya ul., St. Petersburg, 195251.

ЛапеченковАндрей АлександровичLapechenkovAndrey A.

Андрей Александрович Лапеченков,

197760, Санкт-Петербург, Кронштадт, Макаровская ул., д. 2.

Andrey A. Lapechenkov,

2, Makarovskaya ul., Kronshtadt, St. Petersburg, 197760.

ЦветковАнтон СергеевичTsvetkovAnton S.

Антон Сергеевич Цветков,

625000, Тюмень, ул. Володарского, д. 38.

Anton S. Tsvetkov,

38, ul. Volodarskogo, Tyumen, 625000.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationАО Инжиниринговый центр «Кронштадт»РоссияEngineering Center «Kronstadt»Russian FederationТюменский индустриальный университетРоссияTyumen Industrial UniversityRussian Federation2025300720259176573Copyright © Харьков А.А., Николаева А.Г., Альхименко А.А., Лапеченков А.А., Цветков А.С., 20252025Харьков А.А., Николаева А.Г., Альхименко А.А., Лапеченков А.А., Цветков А.С.Kharkov A.A., Nikolaeva A.G., Alhimenko A.A., Lapechenkov A.A., Tsvetkov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2547

Получены результаты испытаний методом растяжения с малой скоростью деформации (SSRT — Slow strain rate test) образцов из коррозионностойких сталей ферритного, аустенитного, аустенито-ферритного и мартенситного классов, а также алюминиевого сплава в целях определения их склонности к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC — Sulfide stress cracking). Выбранные материалы используются в нефтегазодобывающей отрасли и эксплуатируются в кислой водной среде при насыщении сероводородом. Скорость деформации на уровне 10–6 с–1 рекомендована стандартом NACE TM 0198 для оценки склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением коррозионностойких сталей и сплавов. Метод SSRT в коррозионно-активной среде показал свою эффективность для сравнительной оценки сопротивления сталей различных классов к сульфидному растрескиванию под напряжением. Кривые растяжения исследуемых материалов в среде сероводорода позволили установить, что разрушение образцов сталей марок 08Х13, 08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т происходит только в области пластической деформации, а разрушение образцов стали марки 17-4PH — в области упругой деформации, на линейном участке кривой растяжения. При этом сталь мартенситного класса 17-4PH наиболее чувствительна к воздействию сероводорода и ее пороговое напряжение ниже допустимого. Алюминиевый сплав 1953Т1 не проявил склонности к сульфидному растрескиванию (кривые растяжения на воздухе и в сероводородной среде практически полностью совпадают) и может рассматриваться как эталон стойкости к данному виду коррозионного разрушения. Металлографический анализ структуры исследованных сталей и характера распространения образующихся коррозионных трещин позволил подтвердить влияние структуры, фазового состава и уровня прочности материала на развитие процесса сульфидного растрескивания под напряжением.

The results obtained after tests using the slow strain rate test method (SSRT) to determine the tendency to sulfide stress cracking (SSC) of corrosion-resistant steels of ferritic, austenitic, austenitic-ferritic and martensitic classes as well as aluminum alloy are considered. The selected materials are used in the oil and gas industry and operated in an acidic aqueous environment when saturated with hydrogen sulfide. The deformation rate at the level of 10–6 sec–1 is recommended by the NACE TM 0198 standard and was selected during the initial study of these materials (due to low illumination of the SSC results on them) in order to assess the tendency to sulfide stress cracking of corrosion-resistant steels and alloys. In fact, using the promising SSRT method, materials with varying structures are evaluated. The method of stretching with a low deformation rate directly in a corrosive environment has shown its suitability for comparative evaluation of the resistance of steels of various classes to sulfide stress cracking. From the consideration of the tensile curves of the studied materials in a hydrogen sulfide medium, it follows that the destruction of steel samples of grades 08Kh13, 08Kh18N10T, 08Kh22N6T occurs only in the area of plastic deformation, and the destruction of steel samples of grades 17-4PH was noted in the area of elastic deformation on a linear section of the tensile curve. Martensitic class steel 17-4PH showed the greatest sensitivity to the effects of hydrogen sulfide and a threshold stress below the permissible one. Aluminum alloy 1953T1 has not shown a tendency to sulfide cracking (the tensile curves in air and in a hydrogen sulfide medium are almost completely the same) and can be considered as a standard of resistance to this type of corrosion failure. Metallographic analysis of the structure of the studied steels and the nature of the propagation of the formed corrosion cracks allowed us to confirm the influence of the structure, phase composition and strength level of the material on the development of the sulfide stress cracking process.

коррозионностойкая стальметод SSRTсульфидное растрескиваниеcorrosion-resistant steelsSSRTsulfide stress crackingИсследование выполнено за счет средств государственной программы по Приоритету 2030 от 04.04.25 № 075-15-2025-210 «Повышение качества и надежности строительства фундаментов на многолетних мерзлых грунтах на основе компьютерного моделирования устойчивости буроопускных свай (шифр: КНТН-1-9)».ReferencesВагапов Р. К. Коррозионное разрушение стального оборудования и трубопроводов на объектах газовых месторождений в присутствии агрессивных компонентов / Технология металлов. 2021. № 3. С. 47 – 54. DOI: 10.31044/1684-2499-2021-0-3-47-54Vagapov R. K. Corrosion destruction of steel equipment and pipelines at gas field facilities in the presence of aggressive components / Metal Technol. 2021. No. 3. P. 47 – 54 [in Russian]. DOI: 10.31044/1684-2499-2021-0-3-47-54Иванов В. В., Бондарев А. А., Кульбей А. Г. Исследование факторов, влияющих на образование и развитие коррозионного растрескивания под напряжением на магистральных газопроводах / Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2022. № 3. С. 95 – 102.Ivanov V. V., Bondarev A. A., Kulbey A. G. Investigation of factors influencing the formation and development of stress corrosion cracking on main gas pipelines / Bull. Polotsk State Univ. Ser. B. Industry. Appl. Sci. 2022. No. 3. P. 95 – 102 [in Russian].Пумпянский Д. А., Пышминцев И. Ю., Мальцева А. Н. и др. Структура и свойства стали для производства высокопрочных труб нефтегазового сортамента в сероводородостойком исполнении / Металлург. 2022. № 10. С. 8 – 13. DOI: 10.52351/00260827_2022_10_8Pumpyansky D. A., Pyshmintsev I. Yu., Maltseva A. N., et al. Structure and properties of steel for the production of high-strength pipes of the oil and gas range in hydrogen sulfide resistant design / Metallurg. 2022. No. 10. P. 8 – 13 [in Russian]. DOI: 10.52351/00260827_2022_10_8Лаптев А. Б., Джумабаев Х. К., Голубев И. А. и др. Основные причины коррозионного растрескивания под напряжением магистральных трубопроводов / Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022. № 3. С. 41 – 51.Laptev A. B., Dzhumabaev Kh. K., Golubev I. A., et al. The main causes of stress corrosion cracking of main pipelines / Probl. Ferr. Metallurgy Mater. Sci. 2022. No. 3. P. 41 – 51 [in Russian].Альхименко А. А., Шемякинский Б. А., Харьков А. А., Шапошников Н. О. Разработка методики ускоренных испытаний трубных сталей нефтяного сортамента на коррозионное растрескивание / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 9. С. 70 – 76. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-9-70-76Alkhimenko A. A., Shemyakinskiy B. A., Kharkov A. A., Shaposhnikov N. O. Development of the methodology of accelerated testing of oil-gas pipe steels for stress corrosion cracking / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. No. 9. P. 70 – 76 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-9-70-76Кушнаренко В. М. Оценка и прогнозирование работоспособности металлов и сплавов оборудования, работающего в условиях воздействия коррозионных сред / Вестник Оренбургского ГУ. 2007. № 1. С. 134 – 140.Kushnarenko V. M. Assessment and forecasting of the operability of metals and alloys of equipment operating under the influence of corrosive media / Bull. Orenburg State Univ. 2007. No. 1. P. 134 – 140 [in Russian].Кадырбеков Б. А., Колесников В. А., Печерский В. Н. Оценка стойкости сталей к коррозионному растрескиванию при испытаниях с постоянной скоростью деформации / Физико-химическая механика материалов. 1989. Т. 25. № 1. С. 39 – 60.Kadyrbekov B. A., Kolesnikov V. A., Pechersky V. N. Assessment of the resistance of steels to corrosion cracking during tests with a constant deformation rate / Phys.-Chem. Mech. Mater. 1989. Vol. 25. No. 1. P. 39 – 60 [in Russian].Hoey G. R., Revie R. W., Ramsingh R. R. Comparison of the slow strain rate technique and the NACE TM0177/sup (1)/ tensile test for determining sulfide stress cracking resistance / Mater. Perfom. 1987. Vol. 26. No. 10. P. 42 – 45.Hoey G. R., Revie R. W., Ramsingh R. R. Comparison of the slow strain rate technique and the NACE TM0177/sup (1)/ tensile test for determining sulfide stress cracking resistance / Mater. Perfom. 1987. Vol. 26. No. 10. P. 42 – 45.Абрамова М. Г., Гончаров А. А., Никитин Я. Ю. Исследование коррозионной стойкости сплава АМг6 и стали 12Х18Н10Т в условиях нагружения и влияния факторов окружающей среды / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 6. С. 33 – 40. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-33-40Abramova M. G., Goncharov A. A., Nikitin Ya. Yu. Study of the corrosion resistance of aluminum alloy AMg6 and steel 12Kh18N10T in conditions of loading under the impact of environmental factors / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. No. 6. P. 33 – 40 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-33-40Ogawa Y., Takakuwa O., Okazaki S., et al. Pronounced transition of crack initiation and propagation modes in the hydrogen-related failure of a Ni-based superalloy 718 under internal and external hydrogen conditions / Corrosion Sci. 2019. Vol. 161. P. 1 – 9. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108186Ogawa Y., Takakuwa O., Okazaki S., et al. Pronounced transition of crack initiation and propagation modes in the hydrogen-related failure of a Ni-based superalloy 718 under internal and external hydrogen conditions / Corrosion Sci. 2019. Vol. 161. P. 1 – 9. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108186Швецов О. В., Алфимов А. Д., Ермаков Б. С., Кондратьев С. Ю. Влияние микроструктуры на характер разрушения и усталостные свойства бурильных труб из алюминиевых сплавов 1953Т1 и Д16Т / Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. Т. 66. № 3. С. 20 – 26. DOI: 10.30906/mitom.2024.3.20-26Shvetsov O. V., Alfimov A. D., Ermakov B. S., Kondratiev S. Yu. The influence of microstructure on the nature of fracture and fatigue properties of drill pipes made of aluminum alloys 1953T1 and D16T / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2024. No. 3. P. 20 – 26 [in Russian]. DOI: 10.30906/mitom.2024.3.20-26Альхименко А. А. Совершенствование метода испытаний на коррозионное растрескивание трубных сталей нефтегазового назначения в агрессивных газовых средах. / Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. — СПб., 2022. — 17 с.Alkhimenko A. A. Improvement of the test method for corrosion cracking of pipe steels for oil and gas purposes in aggressive gas environments. Author’s abstract of candidate’s thesis. — St. Petersburg, 2022. — 17 p. [in Russian].Кондратьев С. Ю., Альхименко А. А., Харьков А. А. и др. Критерии ускоренной оценки склонности трубных сталей к коррозионному растрескиванию в условиях нефтедобычи / Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. Т. 63. С. 9 – 10. DOI: 10.30906/mitom.2021.10.16-22Kondratiev S. Yu., Alkhimenko A. A., Kharkov A. A., et al. Criteria for accelerated assessment of the tendency of pipe steels to corrosion cracking in oil production conditions / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2021. Vol. 63. P. 9 – 10 [in Russian]. DOI: 10.30906/mitom.2021.10.16-22Харьков А. А., Шапошников Н. О., Алексеева Е. Л. Коррозионная стойкость сталей и сплавов в условиях добычи и транспортировки природного газа, нефти и газообразного водорода: монография. — Санкт-Петербург: Политех-пресс: Первый ИПХ, 2024. — 253 с.Kharkov A. A., Shaposhnikov N. O., Alekseeva E. L. Corrosion resistance of steels and alloys in the conditions of extraction and transportation of natural gas, oil and hydrogen gas: monograph. — St. Petersburg: Politekh-press: Pervyi IPKh, 2024. — 253 p [in Russian].Альхименко А. А., Давыдов А. Д., Харьков А. А. и др. Методы коррозионных испытаний, применяемые при разработке и промышленном освоении новых судостроительных сталей и сплавов и технологий их производства. Обзор. Часть II. Испытания на коррозионное растрескивание и натурные морские испытания / Известия вузов: Черная металлургия. 2022. Т. 65. № 3. С. 154 – 162. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-3-154-162Alkhimenko A. A., Davydov A. D., Khar’kov A. A., et al. Methods of corrosion testing used for development and commercial exploitation of new shipbuilding steels and alloys. Review. Part II. Corrosion cracking and field marine tests / Izv. Vuzov. Chern. Metallurgiya. 2022. Vol. 65. No. 3. P. 48 – 56. [in Russian]. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-1-48-56Вагапов Р. К. Исследование наводороживания и коррозии стального оборудования и трубопроводов на объектах добычи H2S-содержащего углеводородного сырья / Вопросы материаловедения. 2021. Т. 106. № 2. С. 170 – 181. DOI: 10.22349/1994-6716-2021-106-2-170-181Vagapov R. K. Study of hydrogenation and corrosion of steel equipment and pipelines at the production facilities of H2S-containing hydrocarbon raw materials / Vopr. Materialoved. 2021. Vol. 106. P. 170 – 181 [in Russian]. DOI: 10.22349/1994-6716-2021-106-2-170-181Пышминцев И. Ю., Гизатуллин А. Б., Девятерикова Н. А. и др. Предварительная оценка возможности использования труб большого диаметра из стали Х52 для транспортировки чистого газообразного водорода под давлением / Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 1. С. 35 – 42. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-35-42Pyshmintsev I. Yu., Gizatullin A. B., Devyaterikova N. A., et al. Preliminary assessment of X52 large-diameter pipes suitability for transportation of pressurized pure gaseous hydrogen / Izv. Vuzov. Chern. Metallurgiya. 2023. Vol. 66. P. 35 – 42 [in Russian]. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-35-42Девятерикова Н. А., Лаев К. А., Цветков А. С., Дагаев С. Е. Краткая характеристика методов оценки совместимости сталей марок Х52 и Х70 с водородом и результаты испытаний ТБД / Черные металлы. 2024. № 2. С. 32 – 38.Devyaterikova N. A., Lev K. A., Tsvetkov A. S., Dagaev S. E. Brief description of methods for assessing the compatibility of steels of grades Kh52 and Kh70 with hydrogen and test results of TBD / Ferr. Metals. 2024. No. 2. P. 32 – 38 [in Russian].Арчаков Ю. И. Водородоустойчивость стали. — М.: Металлургия, 1978. — 120 с.Archakov Yu. I. Hydrogen resistance of steel. — Moscow: Metallurgiya, 1978. — 120 p. [in Russian].Сокол И. Я., Ульянин Е. А., Фельдгандлер Э. Г. Структура и коррозия металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1989. — 400 с.Sokol I. Ya., Ulyanin E. A., Feldgandler E. G. Structure and corrosion of metals and alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1989. — 400 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.