淺談不銹鋼的檢驗(yàn)及表面處理技術(shù)

【摘要】鋼材防腐是油氣田生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的工作。不銹鋼的耐蝕性優(yōu)良，但對(duì)其應(yīng)用并沒有一定的規(guī)范。本文從鋼材的腐蝕入手，對(duì)鋼材腐蝕的概念及原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，并對(duì)不銹鋼腐蝕的檢驗(yàn)及防腐的意義進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上探討了不銹鋼具體的檢驗(yàn)手段及表面處理技術(shù)，為油氣田中不銹鋼的應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】不銹鋼；腐蝕；表面處理

近年來(lái)，由于油田開采條件的惡化，普通碳鋼不能滿足油氣田生產(chǎn)的需要，不銹鋼開始在油氣田中大規(guī)模應(yīng)用[1]。有效的檢驗(yàn)手段及防腐技術(shù)能大幅提高鋼材的使用壽命，保證油氣田的生產(chǎn)過(guò)程安全高效?；诖嗽虮疚膶?duì)不銹鋼腐蝕進(jìn)行詳細(xì)分析，并在此基礎(chǔ)上探討不銹鋼檢驗(yàn)及表面處理技術(shù)，對(duì)于油氣田生產(chǎn)中不銹鋼的合理應(yīng)用有積極而重要的意義。

一、鋼材腐蝕的定義及主要腐蝕原因

1、鋼材腐蝕的定義

腐蝕通常意義上的概念就是人們常說(shuō)的“金屬生銹”，如鐵器表面生過(guò)紅褐色的銹，銅器表面生出綠色的銹。準(zhǔn)確的材料腐蝕的定義是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用、電化學(xué)作用而遭受破壞且功能退化的現(xiàn)象。對(duì)于油氣田生產(chǎn)中的金屬部件來(lái)說(shuō)，腐蝕的危害是十分大的，能導(dǎo)致金屬部件嚴(yán)重?fù)p壞并失效，從而影響油氣田的正常生產(chǎn)。從這一點(diǎn)上看，我們必須找出各種措施防治金屬腐蝕。

2、鋼材腐蝕的原因

鋼材受腐蝕的原因很多，可根據(jù)其與環(huán)境介質(zhì)的作用分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。

（1）化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕亦稱干腐蝕，屬純化學(xué)腐蝕。是指鋼材在常溫和高溫時(shí)發(fā)生的氧化或硫化作用。氧化作用的原因是鋼鐵與氧化性介質(zhì)接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。氧化性氣體有空氣、氧、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反應(yīng)后生成疏松氧化物。其反應(yīng)速度隨溫度、濕度提高而加速。干濕交替環(huán)境下腐蝕更為厲害，在于燥環(huán)境下腐蝕速度緩慢。

（2）電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕也稱濕腐蝕，是由于電化學(xué)現(xiàn)象在鋼材表面產(chǎn)生局部電池作用的腐蝕。例如在水溶液中的腐蝕，在大氣，土壤中的腐蝕等。

鋼材在潮濕的空氣中，由于吸附作用，在其表面覆蓋一層極薄的水膜，由于表面成分或者受力變形等的不均勻，使鄰近的局部產(chǎn)生電極電位的差別，形成了許多微電池。在陽(yáng)極區(qū)，鐵被氧化成Fe2+離子進(jìn)入水膜。因?yàn)樗腥苡衼?lái)自空氣中的氧，在陰極區(qū)氧被還原為OH-離子，兩者結(jié)合成不溶于水的Fe（OH）2，并進(jìn)一步氧化成疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe（OH）3。在工業(yè)大氣的條件下，鋼材較容易銹蝕?？傮w上講，大部分金屬的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。當(dāng)兩種電極電位不同的金屬互相接觸，并且有電解質(zhì)存在時(shí)，便形成微電池，使得電極電位較低的金屬成為陽(yáng)極而不斷被腐蝕。而電極電位較高的金屬則不被腐蝕。在同一合金中，如果存在不同相，也可能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。例如，鋼的珠光體組織是由鐵素體和滲碳體兩相組成，鐵素體的電極電位比滲碳體低，當(dāng)有電解質(zhì)溶液存在時(shí)，鐵素體作為陽(yáng)極而被腐蝕。而普通鋼材在大氣中的腐蝕，實(shí)際上是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕同時(shí)作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。

二、不銹鋼腐蝕的檢驗(yàn)及防腐意義

對(duì)油田中應(yīng)用的不銹鋼進(jìn)行檢驗(yàn)并采取各種防腐措施的原因是因?yàn)椴讳P鋼性能的好壞對(duì)油田生產(chǎn)能否順利進(jìn)行有很大的影響。而腐蝕是鋼材部件功能退化甚至失效的主要原因。所以為了保證安全生產(chǎn)的進(jìn)行，必須對(duì)油田使用的不銹鋼首先進(jìn)行耐蝕性能的檢測(cè)，驗(yàn)證采購(gòu)的鋼種的耐蝕性。同時(shí)在使用過(guò)程中采取各種有效的防腐措施，努力提高不銹鋼安全使用壽命，這對(duì)保證生產(chǎn)過(guò)程的安全并提高油氣田的經(jīng)濟(jì)效益有十分重大的意義。

三、不銹鋼耐蝕性的檢驗(yàn)方法

不銹鋼耐蝕性能的測(cè)試方法有很多，包括通過(guò)掛片實(shí)驗(yàn)及電化學(xué)測(cè)試等多種檢驗(yàn)方法，每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。下面，我們主要介紹失重掛片法及電化學(xué)測(cè)試技術(shù)這兩種檢驗(yàn)方法的具體內(nèi)容及不同方法各自的特點(diǎn)。

1、失重掛片法

失重掛片法師最傳統(tǒng)也是可信度特別高的耐腐蝕性測(cè)量方法。將不同的鋼材制成規(guī)格一定的掛片浸泡在不同的腐蝕介質(zhì)中，一段腐蝕時(shí)間過(guò)后測(cè)量金屬掛片母材失去的重量或者腐蝕產(chǎn)物增加的重量，對(duì)比不同鋼材的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從而分析出耐蝕性能的優(yōu)劣。這種方法思路簡(jiǎn)單，結(jié)果可信度高，但實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)。

2、電化學(xué)測(cè)試方法

不銹鋼最主要的失效形式是腐蝕失效。測(cè)量不銹鋼的耐腐蝕性是研究腐蝕失效的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；陔娀瘜W(xué)原理發(fā)展起來(lái)的電化學(xué)測(cè)量技術(shù)如極化曲線分析法、交流阻抗分析法、電化學(xué)噪聲分析法、壓電體聲波傳感技術(shù)、電化學(xué)掃描顯微技術(shù)和電化學(xué)原位實(shí)驗(yàn)技術(shù)是研究腐蝕的重要手段。

通過(guò)電化學(xué)工作站可以很方便地獲得極化曲線、阻抗譜等結(jié)果，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，而且用這種方法測(cè)量腐蝕速度有較嚴(yán)格的理論依據(jù)。另外因它比失重法和其它化學(xué)分析方法簡(jiǎn)便快捷，所以也有它的價(jià)值。特別是在判斷各種添加劑的作用機(jī)理和篩選緩蝕劑方面得到了較廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)用大電流強(qiáng)極化到塔菲爾區(qū)時(shí)，金屬電極的表面狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，與外加極化前的自腐蝕狀態(tài)有所不同。這樣測(cè)得的腐蝕速度就不能真實(shí)地代表原來(lái)的自腐蝕速度，并且體系的腐蝕控制機(jī)理也有可能發(fā)生變化，以至使塔菲爾區(qū)不明顯而難以準(zhǔn)確地進(jìn)行外推。因此只有當(dāng)體系完全由活化控制時(shí)才會(huì)得到準(zhǔn)確的腐蝕結(jié)果。

四、不銹鋼的表面處理技術(shù)

雖然不銹鋼的耐蝕性十分優(yōu)秀，但不銹鋼在使用過(guò)程中或在腐蝕性介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生不同程度的腐蝕，必須對(duì)其表面進(jìn)行適當(dāng)處理。因此，采取必要的表面處理措施對(duì)提高不銹鋼的使用壽命有十分重要的意義。

1、不銹鋼鈍化

表面本色鈍化處理包括2種方法：化學(xué)鈍化和電解鈍化。鈍化前必須除去在加工過(guò)程中產(chǎn)生黑色氧化皮。不銹鋼經(jīng)浸蝕后，很快便會(huì)在表面形成一層薄而透明的氧化膜，作為保護(hù)膜。在經(jīng)浸蝕后應(yīng)立即鈍化處理，以獲得更致密、耐蝕的鈍化膜[2]。

2、不銹鋼表面著色

不銹鋼著色不僅賦予不銹鋼制品各種顏色，增加產(chǎn)品的花色品種，而且可提高產(chǎn)品耐磨性和耐腐蝕性，主要有化學(xué)氧化著色法、電化學(xué)氧化著色法、離子沉積氧化物著色法及高溫氧化著色法等方法。

3、不銹鋼表面噴防護(hù)膜

一般是在不銹鋼結(jié)構(gòu)件上噴涂護(hù)膜液，形成一層保護(hù)膜，保護(hù)膜是一層極薄、透明的硬膜，不粘手印、不受二次污染，一般的油污極易除去，護(hù)膜液都含有防銹物質(zhì)，可有效防止金屬生銹。這種方法適用于不能進(jìn)行鈍化、著色的大型不銹鋼結(jié)構(gòu)件的防腐與裝飾。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，腐蝕對(duì)不銹鋼的使用壽命影響極大，如果想提高不銹鋼的使用價(jià)值，提高不銹鋼的使用壽命，那就要在金屬使用前對(duì)其耐蝕性進(jìn)行檢驗(yàn)，并采用一定的處理措施。在使用過(guò)程中要注意定時(shí)檢驗(yàn)，并采取相應(yīng)的防腐措施，比如添加緩蝕劑等，進(jìn)一步提高其耐蝕性能，從而為油氣田的生產(chǎn)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]陳偉.油田用材在CO2飽和溶液中腐蝕行為研究.大連理工大學(xué)，2012.

[2]趙發(fā)銀，吳萬(wàn)興.不銹鋼結(jié)構(gòu)件防腐及表面處理技術(shù)[J].兵工自動(dòng)化，2009，10.