油田油管中高含硅钢_圣德林效应_研究及其抑制技术应用研究

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低碳经济

《经济师》2010年第8期

油田油管中高含硅钢“圣德林效应”研究及其抑制技术应用研究

摘要：油田油管属中高含硅钢管，在热浸镀过程中通常产生“圣德

林效应”，致使镀层结合力差，易起皮脱落。多次实验表明，向锌浴中添加专用多元合金及热浸镀过程中振荡器的使用可有效抑制“圣德林效应”Sandelineffect）的产生，同时还可以使油管微裂纹处通过合金化得以修复。

关键词：高硅钢“圣德林效应”合金化中图分类号：F416.22文献标志码:A文章编号：1004-4914（2010）08-252-02油田油水井中普遍存在管材腐蚀问题，通常10年寿命的管材,在腐蚀严重的油气田中半年就腐蚀穿孔。特别是大庆油田已进入高含水开发后期，为了保持石油量的高产稳产，聚合物驱及三元驱已开始大面积应用，油水井油管及地面管道腐蚀与结垢逐年加重，导致油水井不能正常

生产，造成很大经济损失，同时严重污染环境。针对这一现状，

本文研究了一种集“材料保护+隔离保护+电化学保护+废旧管微裂纹修复”四位一体的油管及地面管道防腐的新方法，通过添加稀土多元合金，解决了高硅钢由于“圣德林效应”而出现的镀层过厚、灰暗、起皮、脱落、粘附

性差的难题；通过添加镍、

稀土、钛、铝等多种多元合金，使裂纹处的合金层增厚增强，从而对旧管进行微裂纹修复。不仅提高油管防腐能力，且增加油管的机械性能。

一、圣德林效应

在钢材连铸生产工艺过程中，需要在钢液中加入“镇静”元素以防止钢材中气孔的产生。在带钢生产中，镇静剂通常使用铝，而在型钢生产中

镇静剂通常选用硅，或有时硅加铝。因此，

在结构件热浸镀锌中，通常会遇到高反应强度的钢材。早在20世纪40年代，圣德林就研究过Si对于热浸镀锌层组织的影响，他指出：在正常的镀锌温度范围内（通常为450℃左右），钢基体中含Si量在0.1%左右和大于0.3%时，对镀层的影

响最大，人们称之为

“圣德林效应”。二、添加多元合金抑制圣德林效应的方法

1.实验工艺流程及参数。本实验采用溶剂法热浸锌工艺，即将经过前处理的工件浸泽水溶液助镀剂烘干后在浸入锌液中，待到给定镀锌时间后以3~4cm/s的提升速度将工件从锌液中提出，在空气中冷却。

工艺路线：试样→脱脂→水洗→酸洗→水洗→稀酸洗→水洗→浸沾

助镀剂→烘干→热浸镀→后钝化→烘干→检验→入库。

总的工艺路线包括前处理、热浸镀和后处理。

2.实验数据分析。我们选取常用油管钢J55和N80材质的试片，对其进行热浸镀，在实验的过程中，通过不同合金镀液条件下合金层厚度的对比，研究抑制圣德林效应的方法。在实验的过程中，共选取了四种不

同合金镀液与纯锌镀液形成对比，分别为锌—铝合金，

锌—镍合金，锌—铝—稀土合金和锌铝稀土镍合金。如表1，为合金化温度为460℃时，不

同时间、

不同合金条件下，J55试片所得到的合金镀层厚度。—252—

●陈

民宋晓东

如图1所示，无论在哪种合金中，镀层厚度随着时间的增长而增大这一趋势都是一样的，锌—铁反应时间越长，合金层厚度越大。在镀液中逐渐

加入合金之后，油管钢J55的镀层厚度有了明显的减薄，

爆发式的厚度增加现象没有出现，几种合金元素的依次加入均对合金层的生长具有明显抑制，圣德林效应得到了明显的抑制。几种合金的加入，对圣德林效应的抑制具有一点的叠加效应，但是叠加效应并不能产生1+1=2的效果。

与上一种油管钢所体现出来的趋势一样，镀层厚度都是随着时间的

增长而增大，而纯锌镀液中，镀层厚度在锌铁反应初期均有一个爆发式生长的过程，但是随着各种合金元素的加入，油管钢在合金化过程中镀层厚度爆发性生长的这一圣德林效应的现象得到明显抑制。整个实验数据横向对比，各合金元素都对圣德林效应具有明显的抑制效果，其中抑制效果最明显的为镍元素，但由于镍元素价格高昂，一般工业化大规模

生产中不采用，而使用价格相对便宜的铝。

在整个实验实际操作中，随着各合金元素的加入，合金化过程中的锌灰产量大大降低，锌液表面流动

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