隨著我國各大油田開采年限的增加、海上油氣開發(fā)以及油田高壓開采等技術(shù)的推廣，抽油桿的服役環(huán)境朝深井、強(qiáng)腐蝕、重油等方向發(fā)展，接觸的環(huán)境越來越惡劣。抽油桿腐蝕的主要機(jī)理包括電化學(xué)腐蝕、CO2腐蝕和H2S腐蝕等，腐蝕形態(tài)主要分為均勻腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕以腐蝕裂紋、點(diǎn)蝕和坑蝕為主。特別是含H2S的油井環(huán)境中，目前普遍采用20CrMo材質(zhì)制造抽油桿，但由于無法達(dá)到超高強(qiáng)度和高耐蝕性的需求，斷裂事故不斷發(fā)生，嚴(yán)重影響了原油產(chǎn)量，增加了修井費(fèi)用，提高了采油成本。
Cr是一種提高鋼的耐酸腐蝕和耐氯鹽腐蝕的較廉價的合金元素。科研人員通過降低C、Mn、S、P含量，大幅度增加Cr元素含量，以探索開發(fā)一種低C高Cr超高強(qiáng)度耐腐蝕的抽油桿用鋼—9Cr鋼。針對現(xiàn)有高強(qiáng)度和新型超高強(qiáng)度抽油桿在H2S環(huán)境中耐蝕性研究的不足，通過在酸性溶液中的全浸試驗(yàn)和慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)，對常用20CrMo和新型9Cr鋼兩種抽油桿材料的抗H2S腐蝕開裂性能進(jìn)行了表征和對比。
設(shè)計了一種新型的抽油桿用鋼0.08C-9Cr（以下簡稱9Cr鋼），采用真空感應(yīng)冶煉，鑄坯經(jīng)1200℃保溫1h后鍛造成Φ25.4mm的圓棒，終鍛溫度900℃，鍛后空冷至室溫。對比材料為GB/T26075-2010標(biāo)準(zhǔn)D級抽油桿用20CrMo鋼，直接從抽油桿成品中取樣。
9Cr鋼圓棒熱處理工藝：加熱至860℃保溫20min，然后空冷至室溫，200℃回火1h后空冷至室溫。20CrMo鋼的熱處理工藝為880℃淬火加500℃高溫回火。對比試驗(yàn)得出如下結(jié)論：
（1）NACE溶液浸泡試驗(yàn)及擬合結(jié)果表明，9Cr鋼的耐蝕性明顯好于20CrMo鋼。9Cr鋼在整個浸泡試驗(yàn)階段腐蝕速率保持穩(wěn)定。20CrMo鋼浸泡初期的腐蝕速率與9Cr鋼相當(dāng)，隨著浸泡時間的延長，腐蝕速率不斷增加，明顯高于9Cr鋼。
（2）在H2S環(huán)境溶液中的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，9Cr鋼的抗拉強(qiáng)度和拉斷時間都高于20CrMo鋼，但其斷面收縮率顯著小于20CrMo鋼。9Cr鋼的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能較差，其主要原因是采用低溫回火，強(qiáng)度更高。