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海洋油气资源开发工程用特殊钢材料分类及性能

2018年10月11日 9:39:57来源:作者:

海洋油气资源开发工程用特殊钢材料,普遍都是Cr-Ni-Mo不锈钢、超级钢或Ni-Cr-Mo耐蚀合金材料,具有高点蚀当量、高纯净度以及N合金化等特点。
使用这些高合金材料制备的海洋油气资源开发工程用典型件,如储运设备、工艺管道、换热器、脱盐、油井管、钻探和桩腿等,为满足其特殊的服役工况条件,普遍具备高强度、高耐腐蚀性,或以上几点兼而有之。通常而言,耐腐蚀性和强度是海洋平台用特殊钢材料的两个关键性能指标。

目前,海洋平台用先进特殊钢钢种主要包括超级奥氏体不锈钢、超级铁素体不锈钢、高强度奥氏体无磁不锈钢、镍基和铁镍基耐蚀合金等,这几类特殊钢材料因其合金成分体系设计不同,性能各有所长。



海洋油气资源开发工程用钢分类

a、高Mo含量的Cr-Ni-Mo超级奥氏体不锈钢

      对于超级奥氏体不锈钢而言,普遍具有较高的Cr、Ni含量、一定的Mo含量(6%~7%),具有在较高温度优异的耐局部腐蚀和均匀腐蚀的能力,其点蚀当量PREN值(Cr+3.3Mo+16N)(关于PREN,小编在之前的《特钢圈都需了解的PREN耐点蚀当量,究竟是个什么?》一文讲过,有兴趣的读者移步阅读)一般都达到30以上,部分材料甚至高达50以上。高PREN值确保了此类材料优异的耐蚀性能;同时合理的N合金化使其兼具了较高的强度和塑韧性的平衡。

典型牌号和典型成分:

254SMO(Cr20-Ni18-Mo6-Cu-N);

654SMO(Cr24-Ni22-Mo7-Mn3-Cu-N);

AL-6XN(Cr20-Ni24-Mo6-N);

NAS254N(Cr23-Ni25-Mo5.5-N);

NAS354N(Cr23-Ni35-Mo7.5-N)……

b、镍基或铁镍基耐蚀合金

      对于镍基或铁镍基耐蚀合金来说,其Cr、Ni、Mo合金含量更高,在热带水域和离子介质复杂的海洋条件下,比超级奥氏体不锈钢具有更为突出的耐局部腐蚀、应力腐蚀性能。可广泛应用于油气媒介、油水分离或其他更为苛刻的化工工艺管道、泵阀和离心机等工矿条件。

典型牌号和典型成分:

Incoloy825(Cr20-Ni35-Mo3-Cu3-Nb);

Inconel625(Cr22-Ni58-Mo9-Nb3);

Sanicro28(Cr27-Ni31-Mo3-Cu);

20合金(Cr20-Ni35-Mo3-Cu3-Nb);

31合金(Cr27-Ni31-Mo7-Cu-N);

Nicrofer33(Cr33-Ni31-Mo-Cu-N)……

c、高氮奥氏体不锈钢

      极高的N合金含量大幅度提升了材料的强度指标,使其具有室高温条件下显著优异的强度性能,由于采用了Mn-N代Ni成为奥氏体稳定元素,使其在性能优异的同时具有较低的使用成本,是满足现场工况又具备超性价比的材料。由于近年来其合金体系的不断优化,以及一定的Mo元素加入,使其也具备了优良的耐局部腐蚀性,Cr含量的不断提升以及C元素的进一步降低,改善了材料的耐晶间腐蚀性能,有着较大的基础应用前景。

典型牌号和典型成分:

P550(Cr20-Mn20-Mo-N);

P650(Cr19-Mn20-Mo2-Ni4-N);

Datalloy2(Cr15-Mn15-Ni2-Mo2-N);

15-15HS(Cr20-Mn18-Ni3-Mo-N)……


海洋油气开发工程特殊钢应用领域

      高性能奥氏体和超级奥氏体不锈钢及耐蚀合金产品已在海洋平台上方、水下输送管道及泵阀、井下钻探三大类应用领域获得广泛应用。目前已在数百个海洋油田的平台建设中的大量使用,具体应用领域如下:

a、海洋平台上方

海水脱盐系统:254SMO、31合金、Nicrofer33;

海水管道:254SMO、Incoloy825;

凸轮装置:254SMO、654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);

设备壳体:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);

离心分离机:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);

管式换热器:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367)、NAS354N、31合金、20合金;

板式换热器:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367)、NAS354N、31合金、20合金;

重力分离机:904L、AL-6XN(N08367)(N08367)。

b、深海井下钻探

MWD无磁腔室、无磁钻铤、稳定器、旋转导向钻探单元:P550、15-15HS、Datalloy-2、Inconel 718。

c、水下输送管道及泵阀

      油气输送复合管道、阀门总成和管线悬挂器、跳线和跨接线、缆带浮力组件、提升管和流动管:Inconel625、254SMO、AL-6XN(N08367)、Sanicro28、Incoloy825;

歧管:254SMO、AL-6XN(N08367)、NAS800HT。

d、其他单元

平台支撑结构件:NAS254N、AL-6XN(N08367);

防火防爆墙:316L、P530;

墙壁包裹层:316L、P530;

电缆盘:316L、P530;

楼梯、通道和电梯:316L、P530;

天然气系统:316L、P530。

      海洋平台用特殊钢材料在国外早已商业化生产多年,代表性的生产厂商包括德国VDM、奥托昆普(Outokumpu)、美国ATI、美国SMC、美国HAYNES、日本冶金(Yakin)、日本新日铁住金、瑞典山特维克(Sandvik)、美国卡朋特(Carpenter)等企业集团。其中不乏这些企业的专利产品和牌号。

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