在石油和天然气工业的海上领域，材料腐蚀是具有重大风险和高成本的现象。离岸环境的空气中有氯化物，会导致设施的外部被严重腐蚀。而且，石油和天然气中含有有害物质，例如二氧化碳和硫化氢，它们会在内部腐蚀管道组件。

        除了腐蚀风险外，其他参数（例如侵蚀，机械强度，材料的可用性和重量）也会影响海上设施的材料选择。“设施”主要是指设备以及管道组件。石油和天然气工业的近海领域致力于解决海洋下“沿海”油气田的发展。在要讨论的材料选择难点中，腐蚀是主要问题。——贝克休斯首席工程师Karan Sotoodeh

        覆盖在22Cr双相钢上的Stellite合金

        Stellite 6由于其出色的韧性，硬度和耐磨性，是阀门行业中最常用的硬面合金之一。Stellite 6是一种钴合金，其中包含其他化合物，例如铬，钨和碳。硬质合金覆盖在阀的内部，以防止腐蚀，磨损和磨损。实际上，阀的内部零件位于水流中，因此比外部零件更容易受到腐蚀，摩擦和磨损。

        由于其高的机械强度和耐腐蚀性，海上作业中使用的管道和阀门中约有60％至70％是22Cr双相钢。在22Cr双相钢上使用stellite合金是可行的，但在双相钢的焊接过程中形成的sigma相使其变的困难。Sigma相是在高温下形成的硬而脆的晶体结构，可导致双相不锈钢开裂和破坏。双相合金中的合金元素（例如铬和钼）会促进sigma相的形成，这会增加硬度并降低材料的韧性。

        将大型碳钢阀门焊接到22Cr双相钢管道

        通常，位于输油管道上的管道阀是最大，最重和最重要的阀门。它们通常也具有最长的离岸平台交货时间。这些阀门的材料是碳钢，不是耐腐蚀合金（CRA），因为这些阀门对付的是非腐蚀性和经过良好处理的油。应该注意的是，对于如此大的阀门选择22Cr双相不锈钢是不经济的。但是，连接到阀门的管线将由22Cr双相钢材料代替碳钢制成，以节省壁厚和重量。由于双相钢具有相对较高的机械强度，并且不需要具有腐蚀余量。

        将管道焊接到阀门存在两个难点。首先是阀门与管道之间的厚度差。其次是将两种不同材料焊接在一起的难度。如果阀的壁厚是管道厚度的两倍以上，则应从一侧将过渡件焊接到阀门，从另一侧焊接到过渡件。过渡件的壁厚应等于管道的厚度。焊接到管道的一端，壁厚等于从焊接到阀门的一端的阀门厚度。

        当厚度不同时，将碳钢焊接到22Cr双相钢的主要难点是碳钢的厚度大于19mm。这意味着，根据ASME B31.3工艺管道规范要求，焊接后需要进行焊后热处理（PWHT）以消除残余应力。然而，应用PWHT会增加双相钢中sigma脆相的风险。解决方案是在碳钢上涂上625或59（镍合金）合金，并仅对碳钢部分施加PWHT。之后，将带有涂层的碳钢与合金625或59填料一起涂到双相钢中。

        什么是小管件？

        小管件是在阀门制造商组装阀门之前将其焊接到阀门主体上的一段管道。小管件将焊接到施工现场的连接管道上。如果将院子里的管道直接焊接到阀门上而没有任何焊缝，则焊接热会融化并破坏阀门内部的密封。

        Stellite合金和碳化钨在海水中的硬面腐蚀

        Stellite合金和碳化钨是常见的硬面材料，用于阀门内部以减轻腐蚀和磨损。这两种材料的主要限制之一是它们在海水中会被腐蚀。在海水中，钴合金的Ultimet具有很好的耐磨性。因此，在特殊情况下，将Ultimet应用于硬质表面是因为并非所有阀门制造商都熟悉这种材料。Ultimet缺乏对基础（核心）材料的附着力可能会导致Ultimet经过多年的使用而磨损。

        氢致应力裂纹（HISC）腐蚀

        在石油和天然气工业的海底行业中，低合金钢，双相钢和超双相钢之类的材料以及镍硬质合金（例如718和72合金）都容易发生HISC。

        HISC失效的主要原因归因于来自负荷的应力（例如，管道中的张力）以及由于阴极保护而在钢表面形成的氢的进入的综合作用。HISC分析应通过以下方法对易受影响的材料进行分析：阀门制造商以减轻HISC的风险。

        钛制蝶阀使用钛轴承

        钛合金阀，例如蝶形阀，在海上工业中很常见。轴承是安装在阀杆周围的阀组件，用于防止阀杆因施加的载荷而横向移动。阀门的轴承可能与海水接触。通常，轴承可能包含两种不同的材料，一种是内部较软的材料，例如铁氟龙（PTFE），内部是金属。尽管最初在海水中的蝶阀轴承的金属部分选择了钛材料，但目前市场上尚无带PTFE内涂层的钛轴承。

        因此哈氏合金，一种具有高耐海水性的镍铬钼合金经常被选择作为轴承的替代金属材料。面临的困难是在阀杆旋转期间确保内部PTFE对Hastelloy具有足够的粘附力，以打开和关闭阀门。可以进行旋转测试以证明内部PTFE涂层与Hastelloy有足够的粘合力。

        结论与建议

        材料选择和由于腐蚀引起的阀门故障是行业中的主要问题。通常，要学习的最重要的是在海上工业的阀门中使用更多的耐腐蚀合金代替碳和低合金钢材料。在海上环境中使用低合金钢螺栓和涂层铸铁齿轮箱会带来很大的故障风险。此外，HISC可能是海底服务中双相钢，超双相钢和硬镍合金等材料面临的最严重的腐蚀挑战之一。