ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Исследование коррозионной стойкости высокопрочного чугуна экономнолегированного никелем и медью, производимого в кокилях

 

Гасанли Рамиз Камандар оглы,

кандидат технических наук, доцент Азербайджанского технического университета.

 

Рассматривается проблема повышения коррозионной стойкости высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, производимого в кокилях для оборудования, работающего в коррозионноактивных средах путем экономного легирования его такими элементами как Ni и Си. Результаты исследований показали возможность перевода деталей запорных усройств фонтанного оборудования из высоколегированной стали на экономнолегиро-ванный ВЧШГ.

 

Освоение новых нефтяных и газоконденсатных месторождений, в продукции скважин которых содержатся такие коррозионно-активные элементы, как сероводород и углекислый газ, поставило задачу создания нефтепромыслового оборудования, работоспособного в таких условиях.

Для изготовления такого оборудования в настоящее время используются высоколегированные стали 06Х20Н8М3Д2Л и ЭП-543. Однако высокая стоимость, низкие литейные свойства и плохая обрабатываемость резанием, обусловленная их повышенной вязкостью, настоятельно требуют замены этих материалов более дешевыми и технологичными. В качестве такого материала для изготовления деталей, не подвергающихся растягивающим напряжениям при эксплуатации, может быть использован высокопрочный чугун с шаро-видным графитом (ВЧШГ- ВЧ60), легированный небольшими количествами меди и никеля [1]. Выбор этих элементов связан с их эффективным положительным воздействием на структуру, механические свойства, плотность и электродный потенциал чугуна [1,2]. Изучению подлежит вопрос возможности использования легированного ВЧШГ в качестве материала деталей нефтепромыслового оборудования, работающего в таких агрессивных средах, как сероводород, морская вода и перегретый пар. Исследование проводили в соответствии с ГОСТ 9.905-82 на установках, позволяющих с достаточной степенью достоверности воспроизводить реальные условия работы деталей [2]. В работе были исследованы образцы шести плавок чугуна, химический состав которых приведен в табл.1.

 

Таблица 1.

Химический состав плавки.

Номер

плавки

Содержание элементов, %

C

Mn

Si

Ni

Cu

Mg

1

2

3

4

5

6

3,72

3,23

3,28

3,58

3,38

3,43

0,48

0,35

0,42

0,45

0,45

0,40

2,85

2,90

2,93

2,86

2,90

2,70

-

1,5

1,0

1,1

1,4

1,5

-

-

0,5

-

0,8

-

0,040

0,035

0,050

0,060

0,040

0,070

 

Содержание фосфора во всех плавках было менее 0,1%, серы - менее 0,02%.

Испытывали по пять образцов из каждой плавки. Плавка №1, в которой отли-вались образцы из нелегированного ВЧШГ, необходимого для сопоставления результатов исследований, являлась исходной. В качестве эквивалента морской воды использовали 3%-й водный раствор NaCl, широко применяемый в качестве модельной среды.

Использованная в исследовании сероводородсодержащая среда представляла собой водный раствор 5%NaCl+0,5%CH3COOH, насыщенный сероводородом до уровня 3000мг/л. В качестве ингибитора коррозии использовали ингибитор «ВИСКО 904 NiK», применяемый в нефтяных скважинах, содержащих сероводород. Время выдержки образцов в исследуемой среде составляло 24, 96, 192, 360, 720 ч.

Результаты проведенных исследований показывают, что наиболее высокую коррозионную стойкость в морской воде и перегретом паре продемонстрировали образцы из ВЧШГ, легированного никелем и медью в количествах, соответственно, 1,0% и 0,5% (табл. 2). Наблюдаемый эффект объясняется увеличением электродного потенциала чугуна при образовании твердого раствора меди, никеля с железом, а также их благоприятным влиянием на уменьшение ликвации кремния и получения однородной структуры чугуна. Введение легирующих элементов в чугун также способствует рафинированию и дегазации металла.

 

Таблица 2.

Коррозионная стойкость ВЧШГ в морской воде.

Номер

плавки

Скорость коррозии, мм/год

24 ч

96 ч

192 ч

360 ч

720 ч

1

 

2

 

 

3

 

4

 

 

5

 

6

 

 

Однако при увеличении содержания меди до 0,9% и никеля до 2% процесс коррозии несколько интенсифицируется в результате уменьшения растворимости меди и никеля и возможного выделения из твердого раствора богатой с Сu и Ni фазы. Одной из основных причин, способствующих уменьщению скорости коррозии ВЧШГ, легированного оптимальным количеством легирующих элементов, является образование на его поверхности защитной пассивной пленки. При увеличении продолжительности выдержки в коррозионной среде до 96 ч и более скорость коррозии существенно снижается. Последующее увеличение продолжительности контакта со средой сопровождается менее резким снижением скорости коррозии, а после 500 ч нахождения в среде скорость коррозии практически стабилизируется. Обращает на себя внимание факт увеличения скорости коррозии чугуна (по сравнению с испытаниями в стационарных условиях взаимодействия с коррозионной средой) при динамическом воздействии на него коррозионной среды (табл. 2). Объясняется это, по-видимому, тем, что с увеличением скорости движения электролита повышается скорость диффузии кислорода к поверхности контакта металл-электролит, а также не исключается возможность частичного механического удаления защитной пленки (эрозии) движущимся потокам электролита. Однако в условиях динамического воздействия среды интенсивность протекания коррозионного процесса легированного ВЧШГ значительно меньше, что также связано с большой плотность пассивной пленки и ее лучшей способностью к самозалечиванию в случае механического повреждения.

Результаты коррозионных испытаний также показывают, что скорость коррозии всех исследованных чугунов имеют существенно более высокие значения в сероводородсодержащей среде, чем в средах морской воды и перегретого пара. Как и в предыдущих испытаниях, наибольшие значения коррозии получены после испытаний продолжительностью 24 ч (табл.3).

 

Таблица 3.

Коррозионная стойкость ВЧШГ в сероводородсодержащей среде.

Номер

плавки

Скорость коррозии, мм/год

24 ч

96 ч

192 ч

360 ч

720 ч

1

2,20

1,36

1,44

1,0

1,64

2

1,75

1,43

1,48

1,24

1,46

3

1,50

0,90

1,00

0,70

1,00

4

1,84

1,22

1,24

1,08

1,37

5

1,80

1,19

1,26

1,17

1,46

6

2,00

1,50

1,70

1,00

1,30

 

Последующее увеличение продолжительности испытаний до 360 ч приводит к снижению скорости коррозии. В отличие от результатов, полученных при испытаниях в морской воде и перегретом паре (длительная выдержка 360 ч) в коррозионной среде, содержащей Н2­S, приводит к повышению скорости коррозии. Практически на всех образцах наблюдается неравномерная коррозия. После испытаний и удаления продуктов коррозии поверхность образцов становится рыхлой. Результаты коррозионных испытаний показы-вают, что при наличии ингибитора «ВИСКО 904 НиК» скорость коррозии существенно снижается до 0,003 мм/год что указывает на полную коррозионную защиту ингибитором образцов легированного ВЧШГ. На начальных стадиях относительно низкие значения скорости коррозии с ингибитором получены на образцах ВЧШГ, комплексно легированных медью и никелем.

Таким образом, перевод деталей задвижек фонтанного устьевого оборудования, не подвергающихся растягивающим напряжениям в условиях эксплуатации, со стали на ВЧШГ, легированный оптимальным количеством никелем (1,0-1,5%) и медью (менее 0,9%), позволяет снизить трудоемкость механической обработки и обеспечить экономический эффективность производства.

 

Литература

 

1.                  Солнцев Л.А., Зайденберг А.М., Малый А.Ф. Получение чугунов повышенной прочности. Харьков, Вища школа, 1986,150с.

2.                  Шебатинов М.П., Абраменко Ю.Е., Бех Н.И. Высокопрочный чугун в машиностроении. М., Машиностроение, 1978, 213с.

 

Поступила в редакцию 09.03.2010 г.

2006-2017 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.