对S135钻杆钢在空气和H
2S环境中进行了不同应力幅下的疲劳试验,得到了不同条件下的疲劳寿命,并应用回归分析方法得到了该钻杆钢在不同环境中的疲劳寿命公式,分析了其疲劳断裂机制。结果表明:在空气环境中,试验钢呈现明显的疲劳极限特征;在H
2S环境中,相同当量应力幅下试验钢的疲劳寿命比在空气环境中的低,且在很低的当量应力幅下仍会发生断裂,不存在疲劳极限;在不同环境和不同当量应力幅下,试验钢的疲劳裂纹均萌生于试样表面或靠近表面处,裂纹源区以解理断裂为主;在空气环境中,裂纹扩展区以疲劳条带为主要特征,在H
2S环境中,裂纹扩展区以解理平面和解理台阶为主要特征,在其解理平面上存在大量的二次裂纹,具有氢脆断裂的特征。
所属栏目
材料性能及应用国家质检公益性行业科研专项经费资助项目(201510205-03);陕西省教育厅专项科研计划项目(15JK1577);西安石油大学青年科技创新基金资助项目(2015QN014);西安石油大学材料科学与工程省级优势学科资助项目;2015年省级大学生创新创业训练计划项目
收稿日期
2016/3/182017/4/13
作者单位
雒设计:西安石油大学材料科学与工程学院, 西安 710065
温宁华:西安石油大学材料科学与工程学院, 西安 710065
韩礼红:中国石油集团石油管工程技术研究院, 石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室, 西安 710077
备注
雒设计(1979-),男,陕西礼泉人,副教授,博士
引用该论文:
LUO Sheji,WEN Ninghua,HAN Lihong.Corrosion Fatigue Behavior of S135 Drill Pipe Steel in H2S Enviornment[J].Materials for mechancial engineering,2017,41(6):44~48
雒设计,温宁华,韩礼红.S135钻杆钢在H2S环境中的腐蚀疲劳行为[J].机械工程材料,2017,41(6):44~48
参考文献
【1】
LI F P, LIU Y G, WANG X H, et al. Failure analysis of φ127 mm IEU G105 drill pipe wash out[J]. Engineering Failure Analysis, 2011, 18(7):1867-1872.
【2】
雒设计,赵康,王荣.S135钻杆钢的拉扭复合加载疲劳行为研究[J].材料工程,2013,41(1):40-44.
【3】
RAMGOPAL T, GUI F, HAWK J, et al. Corrosion fatigue performance of high strength drill pipe in sour environments[C]//Corrosion 2011. Houston:NACE International, 2011:NACE-11108.
【4】
FU C Y, ZHENG J S. Corrosion fatigue behavior of carbon steel in drilling fluids[J]. Corrosion, 1998,54(8):651-656.
【5】
黄本生,卢曦,刘清友.石油钻杆H2S腐蚀研究进展及其综合防腐[J].腐蚀科学与防护技术,2011,23(3):205-208.
【6】
颜昌茂,张国正,张春婉.φ127 mm×9.19 mm G105钻杆管体刺穿原因分析[J].热加工工艺,2013,42(8):229-233.
【7】
叶顶鹏,王瑞成,崔顺贤,等.φ127 mm S135钻杆刺漏失效分析[J].理化检验-物理分册,2009,45(8):514-516.
【8】
朱丽霞,仝珂,翟婷婷,等.G105钻杆管体刺穿失效分析[J].理化检验-物理分册,2010,46(4):259-262.
【9】
HANSFORD J E, LUBINSKI A. Cumulative fatigue damage of drill pipe in dog-legs[J]. Journal of Petroleum Technology, 1966, 18(3):359-363.
【10】
万里平,孟英峰,杨龙,等.钻柱失效原因及预防措施[J].钻采工艺,2006,29(1):57-59.
【11】
ZIOMEKMOROZ M.Environmentally assisted cracking of drill pipes in deep drilling oil and natural gas wells[J]. Journal of Materials Engineering and Performance,2012,21(6):1061-1069.
【12】
QI Y M, LUO H Y, ZHENG S Q, et al. Comparison of tensile and impact behavior of carbon steel in H2S environments[J]. Materials and Design, 2014, 58(6):234-241.
【13】
王霞,钟水清,马发明,等.含硫气井钻井过程中的腐蚀因素与防护研究[J].天然气工业,2006,26(9):80-84.
【14】
雒设计,赵康,王荣.不同应力比下S135钻杆钢疲劳裂纹的扩展行为[J].机械工程材料,2013,37(7):72-76.
【15】
黄本生,陈想,陈勇彬,等.石油钻杆材料G105在不同条件下的疲劳断裂[J].材料工程,2016,44(2):107-114.
【16】
林元华,潘杰,刘婉颖,等.硫化氢环境下G-105和S-135钻杆的低载多冲疲劳性能测试[J].石油钻采工艺,2016,38(1):59-63.
【17】
ZHENG X L, LU B T.On a fatigue formula under stress cycling[J]. International Journal of Fatigue, 1987,9(3):169-174.
【18】
王荣.腐蚀疲劳裂纹扩展的断裂模型[J].中国腐蚀与防护学报,1998,18(2):88-94.