Для испытаний на усталость в условиях коррозии использовались оцинкованные диффузионным способом образцы из стали марок 40У, 20ХН, 15НМ и марганцовистой типа 35Г2. Толщина слоя покрытия составляла 25 мкм. Все образцы до установки на стенд выдерживали в коррозионной среде (пластовая вода с сероводородом) без доступа воздуха в течение одного месяца.
Испытания проводили на двух стендах — быстро (3000 об/мин) и тихоходном (45 об/мин) — при базе 10° циклов. Результаты испытаний приведены в табл. 31 и на рис. 126.
Как следует из приведенных данных, цинкование оказывает существенное влияние на предел выносливости. Величина его в случае оцинкованной стали в коррозионной среде находится на том же уровне, что и в случае незащищенной стали при испытаниях на воздухе.
Продолжительность пребывания оцинкованных образцов в коррозионной среде при испытаниях на тихоходном стенде не оказывает влияния на коррозионную усталость.
Были также проведены испытания на растяжение оцинкованных и незащищенных образцов из стали марок 40У и 20ХН. Установлено, что диффузионное цинкование не оказывает влияния на относительное удлинение, а также пределы прочности и текучести стали.
Таким образом, диффузионное цинкование значительно повышает предел выносливости стали в агрессивной пластовой воде нефтяных скважин и не влияет на прочностные и пластические свойства стали при статическом растяжении.
Для определения прочностных свойств после закалки токами высокой частоты (ТВЧ) и диффузионного цинкования испытанию подвергали образцы из стали марок 40У и 20ХН. Цинкование проводили при 460° С в течение 2,6 ч. Толщина покрытия составляла 80 мкм. Результаты испытаний приведены в табл. 32.
Как следует из результатов экспериментов, прочностные свойства стали, закаленной ТВЧ, после диффузионного цинкования снижаются (в результате высокого отпуска), но при этом их значение все же выше, чем у исходной стали; пластические свойства, наоборот, возрастают.
Диффузионные цинковые покрытия можно с успехом использовать для изделий, работающих в агрессивных средах под напряжением. К таким изделиям в первую очередь относятся насосные штанги. Колонна штанг — наиболее нагруженное и уязвимое звено глубиннонасосной установки при насосном способе добычи нефти из скважины. Насосные штанги в работе подвергаются циклической переменной и частично знакопеременной нагрузкам. Кроме того, большая часть колонн эксплуатируется в агрессивных средах, и они выходят из строя в основном из-за коррозионной усталости.
Для промышленных испытаний были изготовлены и оцинкованы насосные штанги длиной 2,5 м из стали марок 40У и 20ХН. Толщина покрытия составляла 50 мкм.
Штанги устанавливали в нижней части штанговой колонны, т. е. в месте наибольшего и наиболее раннего начала разрушения штанг под воздействием коррозионной среды. При испытаниях некоторые штанги извлекали из скважин для осмотра.
Оцинкованная штанга из стали марки 40У после эксплуатации в скважине в течение 60 суток не имела на поверхности никаких признаков коррозии, в то же время незащищенная штанга из этой же стали, упрочненная закалкой ТВЧ, проработала всего 25 суток, и за это время поверхность ее прокорродировала до состояния, угрожающего аварией.
В нефтяных скважинах с агрессивной средой незащищенные или упрочненные закалкой ТВЧ штанги становятся непригодными через 1—3 месяца работы вследствие коррозионного разрушения, а оцинкованные диффузионным способом работают в течение года и более.
Следовательно, диффузионное цинкование, значительно увеличивающее коррозионную усталость стали в агрессивных пластовых водах нефтяных скважин, можно рекомендовать также и для защиты деталей, работающих в этих условиях.
