Способ защиты стали от сероводородной коррозии Советский патент 1989 года по МПК C23C8/08 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам защиты стали от охрупчивания и растрескива- 1ШЯ во влалиой сероводородсодержа- щей среде, и может быть использовано для защиты от коррозии нефте- и газопроводов .

Целью изобретения является 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.

Согласно способу защиты стали от сероводородной коррозии, включающему предварительное вакуумирование и последующее сульфидирование поверхности

металла в парах серы при 523-553 К ., предварительное вакуумирование ведут до 1,33-10 - 1,33 Па (1-10 рт.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 иЗЗ-Ш - 1,33 Па (1-10- мм рт.ст.) и сульфидирование и насыщенных парах серы при давлении (1,99-3,99)-10 Па (15-30 мм рт.ст,) в течение 5- 10 ч обеспечивают создание двухслойной пленки, состоящей из сульфидов железа (внутренний слой моносульфида толщиной 18 мкм и внещний слой дисульфида толщиной 4 мкм), имеющей градиент концентрации серы от следов до 67%. Эта пленка предупреждает образование водорода высокого давления при

СП

ю

СП

SD

)па11модействии с rexHonortraecKou се- роБодородсодержащей средой, его накопление в микропорах стали и, еле- доиательио, предотвращает водородное охрупчипаиие и растрескивание стали. Преимущество предложенного способа состоит в том, что нет необходимости в создашш предварительного глубокого вакуума, достаточно разрежения 1,33 IU - 1,33 Па (1-10- мм рт.ст.)

/регулирование давления насыщенного пара серы от 1 ,99-10 Па (15 мм рт.ст.) до 3,99103 Па (30 мм рт.ст.) осуществляется путем изменения температуры. Однако не требуется непрерьш- ного вакуумирования в ходе процесса, т.е. упрощается технология.

Предварительное вакуумирование до

.неличины давления выше 1,33-10 Па

(1 мм рт.ст.) не обеспечивает образования плотной хорошо сцепленной с матрицей пленки сульфидов вследствие их подкисления, до давления ниже 1,33 Па ( рт.ст.) усложня ет техиологию процесса.

/Длительность сульфидирования менее 5 ч не обеспечивает необходимой толщины сульфидной пленки для защиты стали во влажной сероводородсодержа- щей среде, при длительности более 10 ч пленка частично отслаивается от запупца: мого металла.

ГТ;1И Af EiJiciiHj-i паров серы менее 1,99-10 Па (15 мм рт.ст.) при 523 К послединс не являются насыщенными и не позволяют создать сульфидную пленку, стойкую против подород- ного охрупчивания и растреск11вания. Даиление насыщенных паров серы более 3,99 0 Па (30 мм рт.ст.) при 553 К не реато зуется технически вследствие конденсации паров.

Пример. Стандартные цилиндрические образцы стали (содержание хрома 0,25 мас.%, углерода 0,2 мас.% для испытаний на растяжение (типа М-5) в количестве 4-5 штук помещали в стеклянную ампуяу с внутренним диаметром 40 MMjдлиной 150 мм. Б ампулу вставляли стеклянную пробирку диаметром 10 мм, длиной 50 мм, заполненную порощком хнмически чистой серы. Ампулу вакуумировали до давления 1,33-10 - 1,33 Па (1-10- мм рт.ст.)

запаивали и помещали вертикально в м фельную печь, где выдерживали при заданной температуре 523-553 К и давлении насыщенного пара серы

,

5252314

(1,99-3,99) - 10 Па (I5-30 мм рт.ст.) в течение 5-10 ч. Контроль температуры осуществляли при помощи платинаточ10

15

20

30

35

-25

) ,

40

45

50

55

платинородиевой термопары с костью tl , 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 серо- водородсодержащей 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 - 5% NaCl и 0,5% , насыщенный сероводородом. Начальный рН раствора 3,0, конечный не превышал А,5. Температура испытаний cootвeтcтвoвaлa 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.% хрома и - 0,2 мае.7, углерода, приведенных в таблице, следует, что условия суль- фидирования (предварительное вакуумирование 1,33 10 - 1,33 Па (1 - 10 мм рт.ст.), давление насьпценного пара (1,99-3,99 ) Ю Па (15 - 30 мм рт.ст.) и продолжительность процесса (5-10 ч) обеспечивают защиту стали от сероводородной коррозии в течение нормативного времения испытаний 720 ч.

Предварительное вакуумирование менее глубокое (менее 1,33-10 Па (1 мм рт.ст.) уменьшает время до разрушения образца на 62%.

Уменьщение 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)

/также ухудшает стойкость стали на 86 и 64% соответственно.

Уменьшение продолжительности суль- фидирования ниже 5 ч и, наоборот, увеличение свьше 10 ч (при одних и тех же температуре и величине давления насыщенного пара серы) снижает время до разрушения образцов на 72 и 65% сосйгветственно.

Проведение процесса сульфидирова- ния по технологии способа-прототипа (при непрерьшном вакуумировании) приводит к уменьшению давления насьш1енного пара серы «1,33-10

Па

(1 мм рт.ст.) и, как следствие этого, уменьшает стойкость стали против охрупчивания и растрескивания во влажной сероводородсодержащей среде на 58-74%.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает предотвращение водородного охрупчивания и растрескива-

НИН стали, а также упрощение технологии процесса (устранение необходимости создания глубокого вакуума).

Формула изобретения Способ защиты стали от сероводородной коррозии, включающий предварительное вакуумирование и последующее сульфидирование поверхности металла в парах серы при 523-535 К, отличающийся тем, что, с целью предотвращения 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, предварительное вакуумирование ведут до 1,33-10 - 1,33 Па, а сульфидирова- ние осуществляют при давлении (1,99- . 3,99) 10 Па в течение 5-10 ч.

Изобретение может быть использовано для защиты от коррозии нефте- и 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 1,33.10²-1,33 Па и последующему сульфидированию в парах серы при давлении /1,99-3,99/. 10³ Па в течение 5-10 ч. Это обеспечивает защиту стали от сероводородной коррозии в течение нормативного времени испытаний 720 ч. 1 табл.

,33-10

Предлагаемый способ

523

,33-10 553 ,33 523 ,33 553 ,33-10 523 ,33-10 553

Известный способ

,33-10 ,33-10 ,33-10

-3 -3 -3

523 553 623

Образ1ц | не разрушились и сняты с дальнейшего испытания

1,99-10 3,99-10 1,99- 10 3,99-10 1,99- Ю 3,99-10

1,33-10 1,33.10 1,33-10