NACE Paper 13284-2019 Оценка стойкости к растрескиванию под напряжением, вызванному водородом, упрочненных дисперсионным твердением сплавов на основе никеля с использованием метода испытания на растяжение с низкой скоростью деформации – обзор трехлетней программы испытаний

Стандартный №: NACE Paper 13284-2019
Дата публикации: 2025
Разместил: National Association of Corrosion Engineers (NACE)
Последняя версия: NACE Paper 13284-2019

сфера применения

Предыстория проекта и развитие технологий

Дисперсионно-твердеющие (PH) никелевые сплавы все чаще используются в нефтегазовой промышленности, но их подверженность водородному растрескиванию под напряжением (HISC) стала ключевой проблемой. Это исследование, основанное на трехлетней программе испытаний, систематически оценивало восемь никелевых сплавов, включая UNS N07718, UNS N07725 и UNS N07716.

Методы испытаний и экспериментальное проектирование

В проекте использовались испытания на растяжение с низкой скоростью деформации (SSRT) в условиях катодной поляризации в соответствии с NACE TM0198. Испытуемые материалы включали 28 промышленных плавок девяти PH-сплавов на основе никеля с пределом текучести от 120 до 160 ksi.

Параметры испытания

Стандартное значение

Допустимое отклонение

Среда испытания

Скорость деформации

10⁻⁶/с

±5%

0,5M раствор H₂SO₄

Плотность катодного тока

5 мА/см²

±0,2 мА/см²

Постоянная температура при 40 °C

Объемное соотношение раствора

≥20 мл/см² - атмосфера Ar-10%H₂ Микроструктурный Характеристика Подробная характеристика выделений на границах зерен с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (СЭМ с полевой эмиссией) показала, что даже материалы, соответствующие «приемлемой» микроструктуре в стандарте API 6ACRA, могут по-прежнему содержать наномасштабные выделения, которые трудно обнаружить с помощью оптического микроскопа.

Марка сплава	Покрытие границ зерен (%)	Количество частиц (шт./100 мкм)	Средняя площадь частиц (мкм²)
UNS 07716	21-27	35-47	0,08-0,13
UNS 07718	4-44	9-52	0,02-0,40
UNS 07725	0,4-14	1-35	0,01-0,35

Результаты оценки восприимчивости к водородной хрупкости

В качестве количественных показателей восприимчивости к водородной хрупкости использовали процентное пластическое удлинение (εpCP) и отношение пластического удлинения (εpCP/εpinert). Исследование показало, что некоторые сплавы, соответствующие требованиям API 6ACRA к микроструктуре, не демонстрируют высоких коэффициентов пластического удлинения.

Ключевой вывод: Удлинение всех трёх образцов, разрушенных в условиях КТ, было ниже 5%, что является потенциальным пороговым критерием для отбора материалов.

Механизм разрушения и вид разрушения

В ходе испытания SSRT в условиях КТ было обнаружено лишь небольшое количество чисто межзеренных (IG) изломов. Большинство изломов характеризовалось локализованной пластичностью с микропустотами в полосах скольжения. Вторичные трещины также часто встречались в тройных стыках границ зерен.

Тип сплава	Режим растрескивания	Типичные характеристики	Чувствительность к водородной хрупкости
UNS 07716	IG+смешанный	Богатые выделения по границам зерен	Высокая
UNS 07718	TG+смешанный	Равномерная микроструктура	Средне-низкая
UNS 09925	Преобладание TG	Полезное железо содержание	Низкий

Анализ ограничений стандарта и техническое вдохновение

Метод оценки микроструктуры стандарта API 6ACRA имеет очевидные ограничения:

1. Оптическая микроскопия не может обнаружить наномасштабные выделения при 500-кратном увеличении.
2. Не существует прямой корреляции между покрытием границ зерен и чувствительностью к водородной хрупкости.
3. Критерии оценки для различных систем сплавов должны быть дифференцированы.

Результаты показывают, что для точной оценки сопротивления HISC PH-сплавов на основе никеля недостаточно полагаться исключительно на микроструктурную оценку.

Выводы и Перспективы

Благодаря систематическому экспериментальному планированию и тщательному анализу данных данное исследование подтвердило эффективность метода испытания SSRT для оценки стойкости к высокоэнергетическому растрескиванию (HISC) никелевых сплавов на основе дисперсного никеля. Результаты имеют важное значение для выбора материалов и контроля качества в нефтегазовой отрасли.

Дальнейшая работа требует дальнейшего расширения базы данных, уточнения методов испытаний и содействия пересмотру и совершенствованию соответствующих стандартов для обеспечения отрасли более научной и надежной системой оценки материалов.

NACE Paper 13284-2019 История

2025 NACE Paper 13284-2019 Оценка стойкости к растрескиванию под напряжением, вызванному водородом, упрочненных дисперсионным твердением сплавов на основе никеля с использованием метода испытания на растяжение с низкой скоростью деформации – обзор трехлетней программы испытаний

Оценка стойкости к растрескиванию под напряжением, вызванному водородом, упрочненных дисперсионным твердением сплавов на основе никеля с использованием метода испытания на растяжение с низкой скоростью деформации – обзор трехлетней программы испытаний

стандарты и спецификации

NACE Paper 13455-2019 Оценка стойкости к растрескиванию под напряжением, вызванному водородом, упрочненных дисперсионным твердением сплавов на основе никеля с использованием метода NACE TM0198-2020 Метод испытания на медленную скорость деформации для отбора коррозионно-стойких сплавов на стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях ASTM E646-15 Стандартный метод испытаний показателей упрочнения при растяжении (n-значения) металлических листовых материалов ASTM E646-16 Стандартный метод испытаний показателей упрочнения при растяжении (n-значения) металлических листовых материалов ASTM E646-07 Стандартный метод испытаний показателей упрочнения при растяжении (n-значения) металлических листовых материалов ASTM E646-07e1 Стандартный метод испытаний показателей упрочнения при растяжении 40;n - значения41; металлических листовых материалов ASTM E646-00 Стандартный метод испытаний показателей упрочнения при растяжении (значения n) металлических листовых материалов ASTM E2448-06 Стандартный метод испытаний для определения сверхпластических свойств металлических листовых материалов ASTM STP 866-1985 Лабораторные испытания на коррозию и стандарты