流速對20Mn2鋼沖刷腐蝕的影響研究

摘 要：金屬材料在水中受到水流的沖刷可能會(huì)加劇腐蝕，影響金屬的使用壽命。實(shí)驗(yàn)用噴射式?jīng)_刷實(shí)驗(yàn)臺研究流速對20Mn2鋼沖刷行為的影響，采用失重法進(jìn)行多組對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，流速對20Mn2鋼的沖刷腐蝕影響分為增重、增重逐漸轉(zhuǎn)為失重和失重量急劇上升三個(gè)過程。

關(guān)鍵詞：20Mn2鋼 流速 失重法

中圖分類號：TE988 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）010-094-02

沖刷腐蝕又稱為磨損腐蝕，是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對運(yùn)動(dòng)而引起的金屬損壞現(xiàn)象，是機(jī)械性沖刷和電化學(xué)腐蝕交互作用的結(jié)果。影響沖刷腐蝕的因素很多，主要的有水流的速度、水體中固體顆粒物、金屬材料本身的性能、水溫、pH值和水體的含氧量。針對長期處于水環(huán)境中的金屬材料受到水體的沖刷可能會(huì)加劇腐蝕，并且由于影響因素較多并且相互交錯(cuò)，使得研究只能在一定的條件下進(jìn)行。本文以20Mn2為研究對象，利用噴射式?jīng)_蝕實(shí)驗(yàn)裝置，采用蒸餾水為介質(zhì)，研究流體的不同流速對20Mn2鋼沖蝕速率的影響，為油氣田安全生產(chǎn)提供一定的參考價(jià)值。

20Mn2鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能如表1、表2所示。20Mn2鋼的冷變形時(shí)塑性高，低溫性能良好，有一定的淬透性和較高的抗拉強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)的材料和方法

將20Mn2鋼加工成 15mm€？0mm的圓柱體，在試樣背面點(diǎn)焊引出銅導(dǎo)線，放入PVC管中并用環(huán)氧樹脂+聚酰胺封涂試樣的非工作表面，流體只沖刷暴露在外的工作面積，其面積大小為2.25€？0-4m2。實(shí)驗(yàn)前將制備好的工作電極依次用360#、600#、800#、1000#和1200#五種不同型號的金相砂紙打磨，使工作電極表面光亮無較深痕跡，以避免工作電極表面狀態(tài)不同引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異。然后用丙酮清洗試樣工作表面，以洗掉加工時(shí)殘留于表面的油污，再用無水乙醇除去試樣表面的丙酮和水，放置一段時(shí)間讓試樣自然風(fēng)干。用精度為0.1mg的電子秤稱重并記錄重量，實(shí)驗(yàn)后用丙酮清洗試樣表面浮銹，稱重記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后將試樣保存于干燥箱中。實(shí)驗(yàn)時(shí)的流速范圍為3.2～24.3m/s；每組時(shí)間120min，沖擊角度為30€埃笛榻櫓飾裊笏？

2 流速對20Mn2沖刷腐蝕的影響

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

流速對沖刷的影響分為三個(gè)階段：

（1）由于流速相對較小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)為增重。這是由于流體的流速較低時(shí)，溶解于流體中的氧氣在金屬表面形成氧化膜，而低流速不會(huì)造成氧化膜的破損，反而使工作試樣表現(xiàn)為增重，此時(shí)，腐蝕主要以電化學(xué)為主。

（2）當(dāng)流速在12.3m/s～16.5m/s時(shí)，失重量逐漸由增重轉(zhuǎn)變?yōu)槭е貭顟B(tài)，也就是隨著流速的增大，原有的氧化膜出現(xiàn)剝落，同時(shí)傳質(zhì)作用增強(qiáng)，流體中攜帶的氧氣又與暴露出來的金屬表面形成了新的氧化膜，新生成的氧化膜又進(jìn)一步阻止了沖刷腐蝕，這是氧化膜的剝落與再生成同時(shí)發(fā)生、電化學(xué)與沖刷共同控制的過程。

（3）當(dāng)流速高于16.5m/s時(shí)，失重量急劇增加。此時(shí)，高流速會(huì)將原有的氧化膜剝落，而新的的氧化膜還來不及形成便被高速流體沖刷剝落，這個(gè)過程主要以機(jī)械沖刷作用為主?？傮w來看，對于20Mn2鋼，其流速從低到高的過程中，它的沖刷腐蝕從電化學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械沖刷為主。

參考文獻(xiàn)：

[1] 代真，沈士明，丁國銓.金屬在固液兩相流體中的沖刷腐蝕及其防護(hù)[J].腐蝕與防護(hù)，2007，28（2）：86-89.

[2] 鄭玉貴，姚治銘，柯偉.流體力學(xué)因素對沖刷腐蝕的影響機(jī)制[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2000，12（1）：36-39.

[3] 吳成紅，甘復(fù)興.金屬在兩相流動(dòng)水體中的沖刷腐蝕[J].材料保護(hù)，2000，33（4）：33-35.

[4] 高華娜，楊景茹，王志宙.低合金鋼20Mn2高溫短時(shí)滲碳的研究[J].熱處理，2007，22（2）：41-43.