H2S/CO2-오일-물 환경의 SMSS 13Cr 및 DSS 22Cr
슈퍼 마르텐사이트계 스테인리스강의 부식 거동 (SMSS) 13Cr H2S/CO2-오일-물 환경의 듀플렉스 스테인레스 스틸(DSS) 22Cr은 특히 이러한 재료가 종종 가혹한 조건에 노출되는 석유 및 가스 산업에서 상당한 관심을 끌고 있습니다. 다음은 이러한 조건에서 각 재료가 어떻게 작동하는지에 대한 개요입니다.
1. 슈퍼 마르텐사이트계 스테인리스강(SMSS) 13Cr:
- 구성: SMSS 13Cr에는 일반적으로 소량의 니켈과 몰리브덴과 함께 약 12-14% 크롬이 포함되어 있습니다. 크롬 함량이 높으면 내부식성이 우수하고 마르텐사이트 구조는 강도가 높습니다.
- 부식 행동:
- CO2 부식: SMSS 13Cr은 주로 보호 크롬 산화물 층의 형성으로 인해 CO2 부식에 대해 적당한 저항성을 나타냅니다. 그러나 CO2가 존재하면 공식(pitting) 및 틈새부식(crevice corrosion)과 같은 국부적인 부식이 발생할 위험이 있습니다.
- H2S 부식: H2S가 존재하면 황화물 응력 균열(SSC) 및 수소 취성의 위험이 증가합니다. SMSS 13Cr은 다소 저항력이 있지만 특히 더 높은 온도와 압력에서 이러한 형태의 부식에 면역되지는 않습니다.
- 기름-물 환경: 오일의 존재는 때때로 보호 장벽을 제공하여 금속 표면이 부식제에 노출되는 것을 줄여줍니다. 그러나 물, 특히 염수 형태의 물은 부식성이 매우 높습니다. 오일과 수상의 균형은 전체 부식 속도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
- 일반적인 문제:
- 황화물 응력 분해(SSC): 마르텐사이트 구조는 강하기는 하지만 H2S가 존재할 경우 SSC에 취약합니다.
- 구멍 및 틈새 부식: 이는 특히 염화물과 CO2가 있는 환경에서 중요한 문제입니다.
2. 이중 스테인리스강(DSS) 22Cr:
- 구성: DSS 22Cr에는 약 22% 크롬, 약 5% 니켈, 3% 몰리브덴 및 균형 잡힌 오스테나이트-페라이트 미세 구조가 포함되어 있습니다. 이는 DSS에 우수한 내식성과 높은 강도를 부여합니다.
- 부식 행동:
- CO2 부식: DSS 22Cr은 SMSS 13Cr에 비해 CO₂ 부식에 대한 저항성이 우수합니다. 높은 크롬 함량과 몰리브덴의 존재는 부식에 저항하는 안정적이고 보호적인 산화물 층을 형성하는 데 도움이 됩니다.
- H2S 부식: DSS 22Cr은 SSC 및 수소 취성을 포함한 H₂S 유도 부식에 매우 강합니다. 균형 잡힌 미세 구조와 합금 구성은 이러한 위험을 완화하는 데 도움이 됩니다.
- 기름-물 환경: DSS 22Cr은 기름과 물이 혼합된 환경에서 잘 작동하며 일반 부식과 국부 부식 모두에 잘 견딥니다. 오일이 있으면 보호막을 형성하여 내식성을 향상시킬 수 있지만 DSS 22Cr의 경우 고유한 내식성으로 인해 덜 중요합니다.
- 일반적인 문제:
- 응력 부식 균열(SCC): DSS 22Cr은 SMSS 13Cr보다 저항성이 더 높지만 고온에서 높은 염화물 농도와 같은 특정 조건에서는 여전히 SCC에 취약할 수 있습니다.
- 국부적인 부식: DSS 22Cr은 일반적으로 공식 및 틈새 부식에 대한 저항력이 매우 높지만 극한 조건에서는 여전히 이러한 부식이 발생할 수 있습니다.
비교 요약:
- 부식 저항: DSS 22Cr은 일반적으로 SMSS 13Cr에 비해 우수한 내식성을 제공하며, 특히 H₂S와 CO₂가 모두 있는 환경에서 그 효과가 뛰어납니다.
- 강도와 인성: SMSS 13Cr은 강도가 더 높지만 SSC 및 피팅과 같은 부식 문제에 더 취약합니다.
- 적용 적합성: DSS 22Cr은 H2S 및 CO2 수준이 높은 환경과 같이 부식 위험이 높은 환경에서 선호되는 반면, SMSS 13Cr은 부식 위험이 보통인 높은 강도가 필요한 응용 분야에 선택될 수 있습니다.
결론:
H2S/CO2-오일-물 환경에서 사용하기 위해 SMSS 13Cr과 DSS 22Cr 중에서 선택할 때 DSS 22Cr은 일반적으로 특히 공격적인 환경에서 부식 저항을 위해 더 나은 선택입니다. 그러나 최종 결정은 온도, 압력, H2S 및 CO2의 상대 농도를 포함한 특정 조건을 고려해야 합니다.
