Факторы, влияющие на сероводородное коррозионное рас­трескивание под напряжением. Опыт эксплуатации различного нефтегазового оборудования показал, что достаточно удовлет­ворительной стойкостью к СКРН обладают низко- и средне­срочные стали с пределом текучести, не превышающим 560 МПа. Ранее за рубежом в нефтеперерабатывающей про­мышленности успешно применяли для изготовления оборудова­ния стали Н-40 и J-55 с пределом текучести соответственно ~ 280 и 390 МПа. Однако при применении высокопрочных материалов с пределом текучести не менее 740 МПа [56] возникла проблема коррозионного разрушения оборудования в присутствии сероводорода, что было связано с увеличением глубины пробуривае­мых скважин [56].

При увеличении прочности стали резко снижается ее сопро­тивление сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением [60, 62]. На рис. 4.13 показана зависимость вре­мени до разрушения углеродистых сталей от их твердости при напряжении, равном 1,3 предела текучести, в сероводород содер­жащей среде. С ростом твердости склонность к СКРН возра­стает (уменьшается время до разрушения). Стойкость сталей с одинаковой твердостью при увеличении содержания серо­водорода в среде снижается [56].

При увеличении прочности стали повышается вероятность раз­рушения по границам зерен. С ростом предела текучести от 725 до 1210 МПа характер разрушения сталей в среде сероводорода при парциальном давлении от 0,13 до 0,44 МПа меняется от транс- к межкристаллитному [63].

 Рис. 4.14. Стойкость к серо-водородному коррозионному растрескиванию под напряжением свариваемых конструкционных марганцовистых (■) и улучшенных трубных (○) сталей для нефтепроводов в зависимости от предела текучести [67]

Кривые 1 и 2 соответствуют границам разброса значений

Фрактографические исследования изломов образцов, разрушенных под воздействием сред, содержащих сероводород, показали, что в процессе сероводородного растрескивания имеет место внутрикристаллитный и межкристаллитный характер раз­рушения [64], причем характер разрушения зависит от предела текучести стали.

В качестве максимальной критической твердости, ниже которой стали не должны подвергаться растрескиванию, назы­вают твердость 22 HRc. Однако в некоторых случаях стали, подвергнутые термической обработке на твердость ниже критиче­ского значения, не удовлетворяют этому требованию.

В работе [70] получены результаты, свидетельствующие о том, что прямая зависимость между склонностью к СКРН и прочностью стали справедлива только для высокопрочных ста­лей с σ_0,2 > 650 МПа. Для сталей с  σ_0,2 < 650 МПа, напротив, склонность к СКРН уменьшается с ростом предела текучести. На рис. 4.14 приведена зависимость порогового напряжения, при котором не происходит растрескивания конструкционных и труб­ных сталей, от предела текучести. Испытания проводили на ци­линдрических образцах в свободном от хлоридов растворе с содержанием H2S 2,5 г/л при pH 3. Продолжительность испы­таний составляла 1000 ч.

Для сталей с  σ_0,2 < 650 МПа пороговое напряжение воз­растает с увеличением  σ_0,2. Для большинства испытанных низ­копрочных сталей пороговое напряжение составляет от 25 до 50 % значения  σ_0,2. Это значит, что для данного класса сталей склонность к СКРН, оцениваемая по отношению порогового напряжения к  σ_0,2, не зависит от прочностных свойств.

Таким образом, углеродистые и низколегированные стали с  σ_0,2 не более 650 МПа, что соответствует твердости по Рок­веллу HRc 22, в особо тяжелых условиях могут подвергаться СКРН. В этом случае для повышения стойкости к растрескива­нию не следует переходить к сталям с меньшим σ_0,2, а необходи­мо снизить растягивающие напряжения.

Такая зависимость, по-видимому, обусловлена тем, что высокопрочные и низкопрочные стали имеют различный механизм сероводородного коррозионного растрескивания. Низкопрочные стали в условиях приложенной нагрузки подвергаются растрескиванию в результате слияния внутренних водородных трещин параллельных направлению прокатки (по тину водородного растрескиваний (см. рис. 4.9). С увеличением прочности стали возрастает твердость ее сварных соединений, в связи с чем следует ожидать повышения склонности к СКРН сварных конструкций [66]. Эта особенность представляет серьезную проблему, препятствующую широкому использованию конструкций, особенно из высокопрочных сталей, при добыче, переработке, хранении и транспортировке газа и нефти, содержащих сероводород.