Никелевый сплав N06950: химический состав, свойства и стойкость в сероводородных средах

N06950 – коррозионностойкий сплав системы Ni-Cr-Mo-Fe с твердорастворным упрочнением. Он содержит не менее 50 % никеля, 19-21 % хрома, 8-10 % молибдена и 15-20 % железа. Сплав разработан для добычи кислого газа как более дешевая альтернатива C-276 и устойчив к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) и водородному растрескиванию (HIC) в средах с сероводородом.

Ключевые характеристики сплава N06950

Для чего предназначен сплав N06950

N06950 создан для глубоких скважин с высоким содержанием сероводорода. В таких скважинах углеродистые и низколегированные стали растрескиваются, а у мартенситных сталей 13Cr и дуплексных сталей не хватает запаса стойкости. Железо заменяет в сплаве часть никеля, поэтому он дешевле C-276, но сохраняет большую часть его стойкости в сероводородных средах.

По данным, которые приводят производители, в 15-процентной соляной кислоте и в испытаниях на растрескивание в сероводороде при повышенной температуре N06950 занимает промежуточное положение между G-3 и C-276. Там, где высокое содержание сероводорода сочетается с CO₂ и хлоридами, он превосходит G-3.

Из сплава изготавливают:

• насосно-компрессорные трубы;
• утяжеленные бурильные трубы;
• подвески;
• оборудование устья скважин.

Химический состав N06950, %

Прочие элементы, % по массе, не более:

Как элементы сплава работают в сероводородной среде

Каждый основной элемент отвечает за свой механизм защиты:

• хром (19-21 %): формирует пассивную оксидную пленку, которая защищает металл в окислительных условиях и в средах с CO₂;
• молибден (8-10 %): обеспечивает стойкость в восстановительных кислотах и защищает от питтинга и щелевой коррозии в пластовых рассолах;
• никель (основа): дает высокую стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением;
• углерод (не более 0,020 %): ограничивает выделение карбидов на границах зерен, поэтому сплав переносит сварку и горячую деформацию без выраженной сенсибилизации.

При необходимости стойкость к межкристаллитной коррозии подтверждают испытанием по ASTM G28.

N06950 в сравнении с G-3, C-276, 625 и 825

Номинальный состав, % по массе:

Выбор между сплавами в основном определяют три параметра: содержание молибдена, содержание железа и стоимость.

Для кислого газа с высоким содержанием H₂S в сочетании с CO₂ и хлоридами N06950 обычно наиболее экономичный вариант. Если определяющий фактор - горячие восстановительные кислоты, например соляная или загрязненная серная, больший запас дает C-276 с 15-17 % молибдена. В мягких сероводородных условиях часто достаточно G-3 или 825, и они дешевле.

Термообработка и состояние поставки N06950

Сплав поставляют после отжига на твердый раствор при температуре около 1149 °C с быстрым охлаждением или закалкой в воду. Старением N06950 не упрочняется, поэтому состояние «закалка и старение» в заказе на этот сплав - ошибка спецификации.

Повысить прочность сверх уровня отожженного металла можно только холодной деформацией. Так получают прочность нефтегазовых труб: трубы для глубоких скважин с кислым газом, как правило, подвергают холодной деформации (пилигримовой прокатке или волочению) до предела текучести 758-1241 МПа (110-180 ksi).

При этом нефтегазовые компании задают предел текучести узким диапазоном, например 758-896 МПа (110-130 ksi). Поэтому для N06950 указывают не только марку, но и уровень прочности.

Механические свойства N06950

Механические свойства N06950 сильно зависят от состояния металла. Сплавы этого класса после отжига имеют сравнительно невысокую прочность. После холодной деформации предел текучести растет в разы, одновременно растет твердость и снижается пластичность.

Для сероводородных сред это напрямую связано со стойкостью. Предельно допустимую твердость для детали в сероводородной среде устанавливает NACE MR0175 / ISO 15156-3 для конкретного состояния поставки, а также условия заказа. Холоднодеформированный металл и детали после холодной штамповки проверяют на соответствие этому пределу.

Стандарты на сплав N06950 и требования NACE

Соответствие NACE MR0175 / ISO 15156-3 не является свойством марки в целом. Пригодность сплава для конкретной скважины зависит от парциального давления H₂S, концентрации хлоридов, pH среды, температуры, состояния поставки и твердости. Все эти параметры сопоставляют с ограничениями стандарта.

Сварка и обработка сплава N06950

Сварка. Сплав сваривают аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом (GTAW), сваркой плавящимся электродом в защитном газе (GMAW) и ручной дуговой сваркой (SMAW). Присадочный материал берут того же или более высокого уровня легирования. Тепловложение и межпроходную температуру контролируют. Для сероводородных сред процедуру сварки и необходимость термообработки после сварки определяют NACE MR0175 / ISO 15156-3 и спецификация проекта.

Механическая обработка. Сплав обрабатывается резанием примерно как аустенитная нержавеющая сталь, но сильно наклепывается. Поэтому нужны инструмент с положительным передним углом, жесткое закрепление детали и достаточная подача без задержки инструмента в резе.

Холодная деформация. Сплав формуют обычными методами, при этом холодная деформация повышает прочность и твердость. После холодной деформации твердость детали сверяют с пределом для сероводородных сред. Чтобы избежать задиров при формовке, применяют инструмент из мягких материалов, например бронзы.

Чтобы узнать цену на сплав N06950, укажите вид проката, размеры и объем заказа в форме по кнопке, в чате сайта, мессенджере и или электронном письме.