海洋油氣資源開(kāi)發(fā)工程用特殊鋼材料,普遍都是Cr-Ni-Mo不銹鋼、超級(jí)鋼或Ni-Cr-Mo耐蝕合金材料,具有高點(diǎn)蝕當(dāng)量、高純凈度以及N合金化等特點(diǎn)。
使用這些高合金材料制備的海洋油氣資源開(kāi)發(fā)工程用典型件,如儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備、工藝管道、換熱器、脫鹽、油井管、鉆探和樁腿等,為滿足其特殊的服役工況條件,普遍具備高強(qiáng)度、高耐腐蝕性,或以上幾點(diǎn)兼而有之。通常而言,耐腐蝕性和強(qiáng)度是海洋平臺(tái)用特殊鋼材料的兩個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。
目前,海洋平臺(tái)用先進(jìn)特殊鋼鋼種主要包括超級(jí)奧氏體不銹鋼、超級(jí)鐵素體不銹鋼、高強(qiáng)度奧氏體無(wú)磁不銹鋼、鎳基和鐵鎳基耐蝕合金等,這幾類特殊鋼材料因其合金成分體系設(shè)計(jì)不同,性能各有所長(zhǎng)。
a、高M(jìn)o含量的Cr-Ni-Mo超級(jí)奧氏體不銹鋼
對(duì)于超級(jí)奧氏體不銹鋼而言,普遍具有較高的Cr、Ni含量、一定的Mo含量(6%~7%),具有在較高溫度優(yōu)異的耐局部腐蝕和均勻腐蝕的能力,其點(diǎn)蝕當(dāng)量PREN值(Cr+3.3Mo+16N)(關(guān)于PREN,小編在之前的《特鋼圈都需了解的PREN耐點(diǎn)蝕當(dāng)量,究竟是個(gè)什么?》一文講過(guò),有興趣的讀者移步閱讀)一般都達(dá)到30以上,部分材料甚至高達(dá)50以上。高PREN值確保了此類材料優(yōu)異的耐蝕性能;同時(shí)合理的N合金化使其兼具了較高的強(qiáng)度和塑韌性的平衡。
典型牌號(hào)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、鎳基或鐵鎳基耐蝕合金
對(duì)于鎳基或鐵鎳基耐蝕合金來(lái)說(shuō),其Cr、Ni、Mo合金含量更高,在熱帶水域和離子介質(zhì)復(fù)雜的海洋條件下,比超級(jí)奧氏體不銹鋼具有更為突出的耐局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕性能??蓮V泛應(yīng)用于油氣媒介、油水分離或其他更為苛刻的化工工藝管道、泵閥和離心機(jī)等工礦條件。
典型牌號(hào)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、高氮奧氏體不銹鋼
極高的N合金含量大幅度提升了材料的強(qiáng)度指標(biāo),使其具有室高溫條件下顯著優(yōu)異的強(qiáng)度性能,由于采用了Mn-N代Ni成為奧氏體穩(wěn)定元素,使其在性能優(yōu)異的同時(shí)具有較低的使用成本,是滿足現(xiàn)場(chǎng)工況又具備超性價(jià)比的材料。由于近年來(lái)其合金體系的不斷優(yōu)化,以及一定的Mo元素加入,使其也具備了優(yōu)良的耐局部腐蝕性,Cr含量的不斷提升以及C元素的進(jìn)一步降低,改善了材料的耐晶間腐蝕性能,有著較大的基礎(chǔ)應(yīng)用前景。
典型牌號(hào)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)……
高性能奧氏體和超級(jí)奧氏體不銹鋼及耐蝕合金產(chǎn)品已在海洋平臺(tái)上方、水下輸送管道及泵閥、井下鉆探三大類應(yīng)用領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。目前已在數(shù)百個(gè)海洋油田的平臺(tái)建設(shè)中的大量使用,具體應(yīng)用領(lǐng)域如下:
a、海洋平臺(tái)上方
海水脫鹽系統(tǒng):254SMO、31合金、Nicrofer33;
海水管道:254SMO、Incoloy825;
凸輪裝置:254SMO、654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);
設(shè)備殼體:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);
離心分離機(jī):654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367);
管式換熱器:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367)、NAS354N、31合金、20合金;
板式換熱器:654SMO、AL-6XN(N08367)(N08367)、NAS354N、31合金、20合金;
重力分離機(jī):904L、AL-6XN(N08367)(N08367)。
b、深海井下鉆探
MWD無(wú)磁腔室、無(wú)磁鉆鋌、穩(wěn)定器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆探單元:P550、15-15HS、Datalloy-2、Inconel 718。
c、水下輸送管道及泵閥
油氣輸送復(fù)合管道、閥門(mén)總成和管線懸掛器、跳線和跨接線、纜帶浮力組件、提升管和流動(dòng)管:Inconel625、254SMO、AL-6XN(N08367)、Sanicro28、Incoloy825;
歧管:254SMO、AL-6XN(N08367)、NAS800HT。
d、其他單元
平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)件:NAS254N、AL-6XN(N08367);
防火防爆墻:316L、P530;
墻壁包裹層:316L、P530;
電纜盤(pán):316L、P530;
樓梯、通道和電梯:316L、P530;
天然氣系統(tǒng):316L、P530。
海洋平臺(tái)用特殊鋼材料在國(guó)外早已商業(yè)化生產(chǎn)多年,代表性的生產(chǎn)廠商包括德國(guó)VDM、奧托昆普(Outokumpu)、美國(guó)ATI、美國(guó)SMC、美國(guó)HAYNES、日本冶金(Yakin)、日本新日鐵住金、瑞典山特維克(Sandvik)、美國(guó)卡朋特(Carpenter)等企業(yè)集團(tuán)。其中不乏這些企業(yè)的專利產(chǎn)品和牌號(hào)。
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