【1】背景介绍
某油田的常规低合金抽油杆腐蚀失效频繁，平均寿命不足一年。新开发的00Cr12 超低碳铁素体不锈钢抽油杆，预期利用其钝化膜获得优异耐蚀性，但投用仅 228天 即发生多根断裂，造成高产井停产。
【2】实验结果
断裂抽油杆的宏观形貌和断口如图1所示，抽油杆的表面存在深浅不一的蚀坑；裂纹均起始于最大蚀坑底部，呈弧状扩展，贝壳状弧线明显，应为疲劳断裂。裂纹源区的微观形貌如图2所示，表面存在腐蚀产物，能谱结果显示为富 Cr、Fe 氧化物（FeO·Cr₂O₃为主），并且还含有 Cl、K、Ca、Na 等井液元素。稳定扩展区的腐蚀产物减少，并存在疲劳辉纹；瞬断区为沿晶和准解理的混合形貌。
金相检验结果表明基体为均匀等轴铁素体，但近表面存在铸造遗留的条状夹杂、孔隙，部分与表面连通，如图3所示。
力学性能检验结果表明，旧的抽油杆屈服强度和抗拉强度均高于新的抽油杆；而新杆的伸长率和断面收缩率高于旧杆。
氢含量测试结果表明，断口表层的氢浓度 7.2 ppm，心部 2.1 ppm。
【3】分析与讨论
断裂的抽油杆宏观和微观形貌都存在疲劳断裂特征，故为疲劳断裂无疑。
新开发的抽油杆，材料是00Cr12超低碳铁素体不锈钢，其表面会形成钝化膜。但是服役环境苛刻，存在CO₂、H₂S ，溶解形成酸性环境；还存在Cl⁻，会破坏钝化膜产生点蚀。蚀坑底部自催化酸化，产生大量活性 [H]；在往复抽吸载荷下，蚀坑底部应力集中越来越大，21点最终产生裂纹。
氢含量测试结果显示断口表层的氢含量远高于心部，说明在断裂过程中氢脆起到一定的加速作用。点蚀坑底部，[H] 在蚀坑尖端应力场驱动下扩散，形成局部高氢区，降低原子键合力，裂纹扩展速率提高；而断口的沿晶形貌特征也证实这点。
抽油杆在制造过程中，铸造和轧制工艺遗留的表面条渣、孔隙与蚀坑连通，形成“坑-孔”复合缺陷，使有效承载面积减小，疲劳寿命缩短，故冶金缺陷也对断裂起促进作用。
与旧的常规抽油杆相比较，新的00Cr12抽油杆的均匀腐蚀速率仅 0.08 mm/a，远低于 常规20CrMo 抽油杆的 0.35 mm/a。此外，新的00Cr12抽油杆的点蚀密度高，且氢脆敏感，实际寿命并未延长，说明“耐均匀腐蚀”不等于“耐点蚀/氢脆”。
【4】结论与建议
1）抽油管断裂性质是腐蚀疲劳断裂，主要是腐蚀和疲劳协同作用的结果；
2）在断裂过程中，冶金缺陷和氢脆起加速作用；
3）抽油杆制造时改用电渣重熔和控轧控冷，减少表面条渣、孔隙等缺陷，并在下井前预喷丸和低温时效，以引入表面压应力，降低氢扩散系数。
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