Способ защиты стали от сероводородной коррозии
Изобретение может быть использовано для защиты от коррозии нефтеи газопроводов. Цель изобретения - предотвращение водородного охрупчивания и растрескивания стали за счет создания на поверхности металла двухслойной пленки, состоящей из внутреннего слоя моносульфида и внешнего слоя дисульфида железа, а также упрощение технологии процесса. Изделие подвергают предварительному вакуумированию до 1,33.10<SP POS="POST">2</SP>-1,33 Па и последующему сульфидированию в парах серы при давлении /1,99-3,99/. 10<SP POS="POST">3</SP> Па в течение 5-10 ч. Это обеспечивает защиту стали от сероводородной коррозии в течение нормативного времени испытаний 720 ч. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU, 1 25231 (51)4 С 23 С 8 0
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕПЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОВ ЕТЕКИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4418949/23-02 (22) 03 ° 05.88 (46) 30.11.89. Бюл. И 44 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) И.В.Левшина, В.И.Алексеев, О.А.Киселев и С.А.Афанасьева (53) 621.785.53(088.8) (56) Piggot M.R. Hillman Н. The
Sulphidiny of Mild Surfaces Acta
Crystal1ographica, 1958, v.11, 2, l1 10, р.93-97. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТАЛИ ОТ СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ (57) Иэобретенйе может быть испольИзобретение относится к металлургии, конкретнее к способам защиты стали от охрупчивания и растрескивания во влалжой сероводородсодержащей среде, и может быть использовано для защиты от коррозии нефте- и газопроводов.
Целью изобретения является предотвращение водородного охрупчивания и растрескивания стали эа счет создания на поверхности металла двухслойной пленки, состоящей из внутреннего слоя моносульфида и внешнего слоя дисульфида -железа, а также упрощение технологии процесса.
Согласно способу защиты стали от сероводородной коррозии, включающему предварительное вакуумирование и последующее сульфидирование поверхности
2 эовано для защиты от коррозии нефтеи газопроводов. Цель изобретения— предотвращение водородного охрупчивания и растрескивания стали за счет создания на поверхности металла двухслойной пленки, состоящей из внутреннего слоя моносульфида и внешнего слоя дисульфида железа, а также упрощение технологии процесса. Изделие подвергают предварительному вакуумированню до 1,33 10 — 1,33 Па и и последующему сульфндированню в парах серы при давлении (1,99-3,99) х х 10 Па в течение 5-10 ч. Это обесйечивает защиту стали от сероводородной коррозии в течение нормативного времени испытаний — 720 ч. 1 табл. металла в парах серы при 523-553 К,, предварительное вакуумированне ведут до 1,33 10 — 1,33 Па (1-10 ммрт.ст.), а сульфидирование осуществляют при давлении (1 99-3,99) ° 10 Па (15}
30 мм рт.ст,) в течение 5-10 ч.
Предварительное вакуумирование до
1,33 -10 — 1,33 Па (1-10 мм рт.ст.) и сульфидирование в насыщенных парах серы при давлении (1,99-3,99) 10 э Па (15-30 мм рт.ст,) в течение 510 ч обеспечивают создание двухслой- « ной пленки, состоящей из сульфидов железа (внутренний слой моносульфида толщиной 18 мкм и внешний слой дисульфида толщиной 4 мкм), имеющей градиент концентрации серы от следов до
67Х. Эта пленка предупреждает образование водорода высокого давления при
1525231 эл г одействии с технологической сероводородсодержащей средой, его накопление в микропорах стали и, следовательно, предотвращает водородное охрупчнвание и растрескивание стали.
Преимущество предложенного способа состоит в том, что нет необходимости н создании предварительного глубокого вакуума, достаточно разрежения
1,33 10 - 1,33 Па (1-10 мм рт.ст.),,регулирование давления насыщенного пара серы от 1,99 10э Па (15 мм рт.ст.) до 3,99 10З Па (30 мм рт.ст.) осуществляется путем изменения температуры, однако не требуется непрерывного вакуумнрования в ходе процесса, т.е. упрощается технология.
Предварительное вакуумирование до величины давления выше 1,33.10 Па 20
2 (1 мм рт ° ст,) не обеспечивает образования плотной хорошо сцепленной с матрпцей пленки сульфидов вследствие их подкнсления, до величины давления ниже 1,33 IIa (10 мм рт,ст,) усложня- 25 ет технологию процесса.
Длительность сульфидирования менее 5 ч не обеспечивает необходимой толщины сульфидной пленки для защиты стали во влажной сероводородсодержащей среде, при длительности более
10 ч пленка частично отслаивается от за .щ:: .ого металла.
Г: p,;лепин паров серы менее
1, 9.10 П» (1> мм рт.ст.) при
523 К последние не являются насыщенпыии и не позволяют создать сульфидную пленку, стойкую против подородного охрупчивания и растрескивания.
Давление насыщенных паров серы более 3,99 -10 Па (30 мм рт.ст.) при з 40
553 К не реализуется технически вол«дствие конденсации паров.
Пример. Стандартные цилиндрические обраэцы стали (содержание хрома 0,25 мас.7., углерода 0,2 мас.X) для испытаний на растяжение (типа
М-5) в количестве 4-5 штук помещали в стеклянную aMnyrry с внутренним диаметром 40 мм,длиной 150 ьак. В ампулу
50 вставляли стеклянную пробирку диаметром 10 мм, длиной 50 мм, заполненную порошком химически чистой серы.
Ампулу вакуумировали до давления
1,33 10 — 1,33 Па (1-!О мм рт.ст.), запаивали и помещали вертикально в муфельную печь, где выдерживали при заданной температуре 523-553 K u давлении насыщенного пара серы (),99-3,99) . 10э Па (15-30 мм рт.ст.) в течение 5-10 ч. Контроль температуры осуществляли при помощи платинаплатинородиевой термопары с точо ностью +1, стабилизацию температуры — при помощи высокоточного регулятора температуры.
Эффективность предлагаемого способа защиты стали от водородного охрупчивания и растрескивания оценивали по результатам испытаний указанных образцов . Методика испытаний заключалась в выдержке образцов при растягивающем напряжении, равном пределу текучести стали, во влажной сероводородсодержащей рабочей среде.
Напряжение создавали методом постоянной нагрузки на специальной машине.
В качестве рабочей среды использовали стандартный раствор, имитирующий по составу наиболее коррозионно, агрессивные компоненты пластовой воды — 57 NaC1 и 0,57. СНЗСООН, насыщенный сероводородом. Начальный рН раствора 3,0, конечный не превышал 4,5. Температура испытаний соответствовала комнатной (293+4 К).
Для поддержания постоянной концентрации сероводорода (2000 мг/л) на протяжении всего времени испытания через раствор пропускали сероводород. Базовое время испытаний 720 ч.
Склонность к растрескиванию оценивали по времени разрушения образцов.
Результаты испытаний представлены в таблице.
Из результатов испытаний стали, содержащей . 0,25 мас.7 хрома и
0,2 мас.М углерода, приведенных в таблице, следует, что условия сульфидированкя (предварительное вакуумировуние 1,33 . 10 — 1 33 Па (1
10 мм рт ° ст,), давление насыщенного пара (1,99-3,99 ) 10 Па (15
30 мм рт.ст.) и продолжительность процесса (5-10 ч) обеспечивают защиту стали от сероводородной коррозии в течение нормативного времеиия испытаний 720 ч.
Предварительное вакуумирование менее глубокое (менее !,33 10 Па (1 мм рт.ст.) уменьшает время до разрушения образца на 627.
Уменьшение величины давления насыщенного пара серы ниже 1,99 .10 Па (15 мм рт.ст.) и увеличение этого параметра свыше 3,99 10 Па (30 мм рт,ст) Предварительный вакуум, Па
Температура Давление насы- Выдержка, Время до сульфидиро- щенного пара ч разрушения вания, К серы, Па образцов, ч
Предлагаемый способ
1,33 10 523
1,33 10 553
1,33 523
1,33 553
1,33 10 523
1,33.10 553
Известный способ
1,33 10 523
33 10-з 553
1,33 10 623
1,99 10
3,99 10
1,99 10
3 99 10э
1,99 10
3,99 10
720"
720"
720
5
5 .5
1,33 IO
l,33 10
l 33 1О
250
Ф
Образцы не разрушились и сняты с дальнейшего испытания
Составитель И,Дашкова
Техред Л.Олийнык Корректор Т.Палий
Редактор Л,Веселовская
Заказ 7189/21 Тираж 942 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101
5 15252 также ухудшает стойкость стали на
86 и 64Х соответственно, Уменьшение продолжительности сульфидирования ниже 5 ч и, наоборот, увеличение свыше 10 ч (при одних и тех же температуре и величине давления насыщенного пара серы) снижает время до разрушения образцов на 72 и
65Х соотг ветственно.
Проведение процесса сульфидирования по технологии способа-прототипа (при непрерывном вакуумировании) приводит к уменьшению давления насыщенного лара серн ((1,33 10 Па (1 мм рт.ст.) и, как следствие этого, уменьшает стойкость стали против охрупчивания и растрескивания во влажной сероводородсодержащей среде на 58-74Х. 20
Таким образом, предложенный способ обеспечивает предотвращение водородного охрупчивания и растрескива3I 6 ния стали, а также упрощение технологии процесса (устранение необходимости создания глубокого вакуума).
Формула изобретения
Способ защиты стали от сероводородной коррозии, включающий предварительное вакуумирование и госледующее сульфидирование поверхности металла в парах серы при 523-535 К, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью предотвращения водородного охрупчивания и растрескивания стали эа счет создания на поверхности металла двухслойной пленки, состоящей из внутреннего слоя моносульфида и внешнего слоя дисульфида железа, а также упрощение технологии процесса, предварительное вакуумирование ведут до
1,33 10 — 1,33 Па, а сульфидирование осуществляют при давлении (I 993,99) . 10 Па в течение 5-10 ч.
