[发明专利]一种水下油气设施耐蚀合金堆焊层的腐蚀评定方法

说明书

本发明提供一种水下油气设施耐蚀合金堆焊层的腐蚀评定方法，为：通过对堆焊层组织状态、力学性能、全面腐蚀速率、局部腐蚀风险的综合表征，定量评价堆焊层耐蚀能力。本发明主要针对水下油气设施耐蚀合金堆焊层的耐蚀能力提出了量化指标，可以对在相应工况下应用的堆焊材料进行耐蚀性能评估，指导材料选择、焊接工艺评定和腐蚀控制。

技术领域

本发明属于腐蚀性能评价领域，具体涉及一种通过对堆焊层组织状态、力学性能、全面腐蚀速率、局部腐蚀风险的综合表征，提出水下油气设施耐蚀合金堆焊层的腐蚀评定方法。

背景技术

随着我国经济的快速增长，国内对于能源的需求量显著增大，国内能源开采重点正逐步转向深水环境。在海洋油气开发过程中，通常难以及时对油气介质进行分离脱水，导致各类生产设施面临极为苛刻的内部腐蚀环境，同时水下生产系统面临恶劣海况和复杂海洋环境的挑战，直接暴露于外部海水，水下设施腐蚀问题极为严峻。

不锈钢及镍基合金具有优异的疲劳强度和抗应力腐蚀开裂能力,是海洋油气开采过程中的重要结构材料之一。然而不锈钢及镍基合金成本高，不适于大规模应用。为降低成本，通常会以碳钢作为基管，在碳钢表面堆焊不锈钢或镍基合金，以满足水下设施耐蚀要求。

对金属进行堆焊操作时会导致板材的加工位置附近出现许多复杂非平衡的热循环过程，该过程引起的组织以及成分变化会在不同程度上影响焊接件质量。在焊接过程中不均匀加热和冷却作用会使得热影响区及附近金属的组成和结构发生显著变化，甚至引起残余应力，导致堆焊层某些区域成为腐蚀敏感区。

目前对于堆焊层的耐蚀性缺乏明确及全面的评价方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全面、量化的水下油气设施耐蚀合金堆焊层的腐蚀评定方法。

本发明所提供的水下油气设施耐蚀合金堆焊层的腐蚀评定方法，为：通过对堆焊层组织状态、力学性能、全面腐蚀速率、局部腐蚀风险的综合表征，定量评价堆焊层耐蚀能力。

所述方法具体包括如下步骤：

(1)针对堆焊层附近基体及焊缝组织中有害相比例及力学性能进行测试；利用光学显微镜确定堆焊层附近基体及内部组织种类，估算有害相含量，检查焊接缺陷，使用金相显微镜进行观测并使用图像分析软件或者利用网格法测量有害相像体积分数，获得有害相比例ξ_有害相；通过硬度实验测得堆焊层附近基体和横截面的硬度，通过拉伸实验测试得到堆焊层屈服强度，记为a，利用公式计算获得力学性能参数ξ_力学，通过比对堆焊层强度信息与设计应力情况，初步判定堆焊层的适用性；

其中a_标为在ISO 15156中给定的标准值，a为通过拉伸实验测试得到堆焊层屈服强度数值；

(2)基于针对堆焊层的取样原则进行取样，根据确定的腐蚀模拟实验环境参数，进行腐蚀模拟实验；实验结束后取出试样，清洗，脱水，吹干，去除试样表面腐蚀产物，记录腐蚀样品质量损失W；对局部腐蚀深度进行测量获得最大点蚀坑深度d；观察开裂情况；

(3)在步骤(2)结束后对堆焊层耐蚀性进行初步评定，当出现下述a)-c)情况之一，则认为堆焊层耐蚀性不符合要求：

a)腐蚀挂片全面腐蚀速率V_全小于0.5mm/a，但是在某一处或者多处出现了直径在毫米级别的腐蚀坑；

b)应力腐蚀实验中有一个或者一个以上的样品出现了开裂情况；

c)焊接层之间的结合位置出现了开裂等失效现象；

(4)若堆焊层未出现步骤(3)中的失效问题，计算用于评价堆焊层耐蚀性的各影响因素数值，根据步骤(2)中样品失重分析得到的堆焊层腐蚀失重W、测定的最大点蚀坑深度d，计算全面腐蚀速率、局部腐蚀速率，计算公式如下：