Применение метода растяжения с малой скоростью деформации для оценки склонности коррозионностойких сталей и сплавов к сульфидному растрескиванию

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.

1. Вагапов Р. К. Коррозионное разрушение стального оборудования и трубопроводов на объектах газовых месторождений в присутствии агрессивных компонентов / Технология металлов. 2021. № 3. С. 47 – 54. DOI: 10.31044/1684-2499-2021-0-3-47-54

2. Иванов 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.

3. 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_8

4. Лаптев 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.

5. 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: 10.26896/1028-6861-2020-86-9-70-76

6. Кушнаренко В. М. Оценка и прогнозирование работоспособности металлов и сплавов оборудования, работающего в условиях воздействия коррозионных сред / Вестник Оренбургского ГУ. 2007. № 1. С. 134 – 140.

7. 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.

8. 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.

9. 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: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-33-40

10. Ogawa 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.2019.108186

11. Швецов 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.2024.3.20-26

12. Альхименко 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.

13. 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.2021.10.16-22

14. Харьков 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.

15. 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: 10.17073/0368-0797-2022-3-154-162

16. Вагапов 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: 10.22349/1994-6716-2021-106-2-170-181

17. Пышминцев 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: 10.17073/0368-0797-2023-1-35-42

18. Девятерикова 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.

19. Арчаков Ю. И. Водородоустойчивость стали. — М.: Металлургия, 1978. — 120 с.

20. Сокол И. Я., Ульянин Е. А., Фельдгандлер Э. Г. Структура и коррозия металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1989. — 400 с.