X65管線鋼在瓊海、江津、青島地區(qū)的五年大氣腐蝕規(guī)律

龐 濤 馬 穎 石爭鳴

(武漢鋼鐵(集團)公司研究院 湖北 武漢：430080)

0 引言

管線鋼主要用于石油、天然氣的輸送。以管線鋼加工的油氣管線是連接資源區(qū)和市場區(qū)的最便捷、最安全的通道，它的快速建設(shè)將緩解其它運輸方式的壓力，有利于保障油氣市場的安全供給，提高能源安全保障程度和能力[1-2]。從油氣管的服役條件、主要失效形式和失效原因綜合評價看，管線鋼不僅要求具有良好的力學(xué)性能，還應(yīng)具有良好的耐大氣腐蝕性及抗海水和抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)性能等，這對管線鋼的質(zhì)量提出了更高的要求。

武鋼從上世紀開始在國內(nèi)率先進行石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶X65鋼級的開發(fā)，產(chǎn)品具有優(yōu)良的機械性能和加工性能。為了向工程設(shè)計、使用部門合理選材提供可靠的依據(jù)， 進一步提高武鋼產(chǎn)品的市場競爭力，對新產(chǎn)品開展環(huán)境腐蝕性能的研究顯得越來越重要。

本文采用自然環(huán)境大氣暴露方法對武鋼生產(chǎn)X65管線鋼進行耐蝕性研究。通過X65管線鋼在瓊海、江津、青島5年大氣暴露腐蝕試驗，獲得大氣腐蝕速率的數(shù)據(jù)，分析影響材料腐蝕的關(guān)鍵因素。并對5年大氣暴露腐蝕數(shù)據(jù)進行回歸擬合。

1 實驗條件及方法

實驗采用武鋼生產(chǎn)的X65管線鋼用熱軋板為試驗鋼，其化學(xué)成分如表1所示。大氣暴露試樣尺寸為100mm×100mm×4mm，表面磨光。

表1 X65管線鋼熱軋板的主要化學(xué)成分(wt%)

X65管線鋼試樣的制備、暴露前、后的處理與戶外暴露試驗條件、試驗操作程序均依照GB/T 14165-1993《黑色金屬室外大氣暴露試驗方法》進行。所得試驗鋼的腐蝕損失采取測定腐蝕失重的方法進行評價。

為了考察X65管線鋼的防腐蝕性能，本文選擇了下述三種氣象特征的大氣暴露站：熱帶季風(fēng)及海洋濕潤氣候(瓊海站) ，亞熱帶濕潤型酸雨區(qū)酸性大氣(江津站)，溫帶濕潤海岸城市大氣(青島站)[3-5]。它們的氣象因素和大氣腐蝕性污染成分數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 試驗站主要氣象因素

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果

X65管線鋼腐蝕減薄量與暴露時間的關(guān)系見圖1，X65管線鋼在各試驗站5年大氣暴露腐蝕試驗的數(shù)據(jù)見表4，平均腐蝕率及相對腐蝕率見表5。大氣暴露5年時，圖1可見X65管線鋼減薄量由大到小依次為：青島站>江津站>瓊海站，表5中青島站、江津站相對瓊海站腐蝕率達到了166.3%和137.38%。綜合上述數(shù)據(jù)可見X65管線鋼在各試驗站的耐蝕性依次為：瓊海站>江津站>青島站。

表3 試驗站腐蝕性污染成分數(shù)據(jù)

圖1 X65管線鋼腐蝕減薄量與暴露時間的關(guān)系

試驗站腐蝕減薄量(μm)1年3年5年瓊海33.8356.1076.67江津63.1791.40105.33青島56.5798.61127.50

表5 各試驗站平均腐蝕速率和相對腐蝕速率

2.2 X65管線鋼的大氣腐蝕環(huán)境因素分析

2.3 X65管線鋼的大氣腐蝕回歸擬合

通過回歸分析，X65管線鋼的大氣腐蝕發(fā)展遵循冪函數(shù)曲線(圖2、圖3、圖4)D=A·tn，式中D是腐蝕減薄厚度(mm)，t是暴露時間(a)，A和n是常數(shù)，A值主要與環(huán)境、鋼種有關(guān)，n值表征腐蝕的發(fā)展趨勢，這與文獻中的報道相符合[8]。

表6是冪函數(shù)回歸擬合結(jié)果，其中相關(guān)系數(shù)R2都在0.99以上，可見擬合結(jié)果與實際情況吻合度較高。A值相當于第一年的腐蝕減薄量，n值反映腐蝕減薄量的發(fā)展趨勢，n越小，腐蝕減薄量增長得越緩慢。表3中瓊海站、青島站腐蝕回歸方程的n值均為0.5，江津站腐蝕回歸方程n值為0.3。這與青島站、瓊海站兩地日照時間都超出江津站日照時間50%以上有關(guān)，隨著銹層的生長，沉積的污染物滲入到銹層中不能被雨水沖掉，同時日照使得銹層內(nèi)溫度升高，造成了高的腐蝕率，即n值高。

表6 腐蝕深度和暴露時間關(guān)系冪函數(shù)回歸結(jié)果

圖2 X65管線鋼在瓊海站腐蝕回歸方程

圖3 X65管線鋼在江津站腐蝕回歸方程

圖4 X65管線鋼在青島站腐蝕回歸方程

3 結(jié)論

[1] 高惠臨.管線鋼與管線鋼管[M].北京:中國石化出版社,2012.

[2] 王亞男,王春懷,唐繼權(quán)，等.X65管線鋼抗H2S腐蝕的試驗研究[J].東北大學(xué)學(xué)報，2004,25(5)：420-423.

[3] 張先勇，舒德學(xué)，陳建瓊.海南萬寧試驗站大氣環(huán)境及腐蝕特征研究[J].失效與分析，2005,12(4)：73-80.

[4] 屈祖玉，盧燕平，李長榮，等.大氣環(huán)境對鋅層腐蝕影響的區(qū)域分析[J].表面技術(shù)，1996,25(6)：25-28.

[5] 王向東，高令遠，陳小平，等.國產(chǎn)鍍鋅板的耐蝕性研究[J].材料保護，2002，35(10)：12-13.

[6] 梁彩鳳，侯文泰.碳鋼及低合金鋼8年大氣暴露腐蝕研究[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，1995，7(3)：183-186.

[7] 梁彩鳳，侯文泰.碳鋼及低合金鋼16年大氣暴露腐蝕研究[J].中國腐蝕與防護學(xué)報，2005，25(1)：1-6.

[8] 毛海榮，區(qū)國昌，黃少儀，等.碳鋼及低合金鋼在廣州大氣暴露腐蝕規(guī)律研究[J].環(huán)境技術(shù)，2001,3:5-7.