Пермские ученые нашли способ защитить сталь от коррозии в агрессивных условиях

Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) совместно со специалистами компании «ЭЛКАМ-нефтемаш» создали метод, который защитит стальное оборудование от разрушения в агрессивных средах.

Сталь 14Х17Н2 широко применяется в нефтедобывающей, химической и металлургической отраслях для производства различных компонентов: компрессоров, лопаток турбин, подшипников. Однако такие изделия часто подвергаются коррозии из-за воздействия сероводорода (H2S) и выходят из строя. Особенно это касается деталей, которые постоянно испытывают нагрузку, например, штанговых глубинных насосов для нефтедобычи.

Чтобы решить эту проблему, ученые и инженеры предложили новый режим термической обработки. Он поможет значительно повысить устойчивость стали к разрушению даже в самых сложных условиях эксплуатации.

Сталь 14Х17Н2 обладает важным преимуществом — она одновременно прочная, устойчива к коррозии и ударным нагрузкам. Благодаря этому её можно использовать в мостовых конструкциях и химических реакторах. Тем не менее оборудование, которое работает в агрессивной среде, часто ломается.

Особо опасно сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением. При нём материал разрушается под одновременным воздействием нагрузки и сероводорода, что может привести к внезапным поломкам деталей. Чтобы повысить устойчивость стали к сульфидной коррозии, необходимо использовать специальную термообработку.

Команда исследователей провела ряд экспериментов с разными режимами термической обработки стали 14Х17Н2, изучая изменения её структуры и механических свойств. В рамках исследования были испытаны пять режимов, включая сложные многоступенчатые процессы с закалкой и отпуском.

Анализ образцов показал, что ключевым фактором успешной защиты от коррозии является создание однородной матрицы с равномерно распределёнными крупными карбидами. Образцы тестировались в соответствии с международными стандартами, подвергаясь напряжению 182 МПа в растворе с высоким содержанием сероводорода.

Оказалось, что простое снижение твёрдости не приводит к успеху, так как материал разрушается через 120 часов. Наилучшие результаты продемонстрировали образцы, обработанные по сложным режимам — они выдержали 720 часов тестирования без значительных повреждений.

В процессе исследования выяснилось, что для защиты стали от сульфидной коррозии необходимо не только соблюдать требования по твёрдости, но и тщательно подбирать режимы термообработки для достижения оптимальной структуры металла.

Полученные результаты показывают, что сталь способна противостоять даже самым агрессивным средам, что особенно важно для нефтяной, химической и металлургической отраслей.

Метод термообработки, который разработали учёные ПНИПУ совместно с инженерами «ЭЛКАМ-нефтемаш», готов к использованию в массовом производстве насосов и другого оборудования, предназначенного для эксплуатации в сложных условиях. Это позволит продлить срок службы деталей, сократить количество аварий в нефтедобыче и других сферах, а также адаптировать метод для работы с другими видами стали.