表面狀態(tài)對304不銹鋼/20鋼雙金屬復(fù)合管耐腐蝕性能的影響

鄭茂盛，帥 銘，鐘雨心，胡 軍，滕海鵬

(西北大學(xué) 化工學(xué)院載能技術(shù)及應(yīng)用研究所，西安710069)

表面狀態(tài)對304不銹鋼/20鋼雙金屬復(fù)合管耐腐蝕性能的影響

鄭茂盛，帥 銘，鐘雨心，胡 軍，滕海鵬

(西北大學(xué) 化工學(xué)院載能技術(shù)及應(yīng)用研究所，西安710069)

為了研究表面狀態(tài)對304不銹鋼與20鋼雙金屬復(fù)合管耐腐蝕性能的影響，采用極化曲線測試方法對304不銹鋼內(nèi)襯管經(jīng)過塑性加工和拋光處理前后，在Cl-溶液中的腐蝕過程進(jìn)行了測試，并對耐腐蝕測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析。研究結(jié)果表明，通過改善表面加工質(zhì)量可以使304不銹鋼的耐腐蝕性能大幅提高，表面粗糙度越小，金屬的耐腐蝕性越好。

復(fù)合管；表面狀態(tài)；腐蝕；電化學(xué)分析

0 前 言

隨著能源需求的日益增長，油氣田開采逐漸向深井、高腐蝕環(huán)境延伸。目前，高腐蝕性油氣田在開采作業(yè)和油氣輸送中普遍采用耐蝕合金甚至鎳基合金管道。然而，普通耐蝕管材中用作耐腐蝕的部分僅占1/3左右，其余部分作結(jié)構(gòu)支撐，這樣造成了資源的極大浪費。為了降低成本，延長管道的使用壽命，國內(nèi)外學(xué)者針對高H2S/CO2/Cl-氣田的嚴(yán)重腐蝕問題開展了多年研究。結(jié)果表明，使用耐蝕合金復(fù)合管是解決管道腐蝕問題相對安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一。本研究選用最具有代表性的304不銹鋼/20鋼機(jī)械式復(fù)合管作為研究對象，對比研究304不銹鋼內(nèi)襯管經(jīng)過塑性加工、拋光處理前后在含Cl-溶液中的電化學(xué)腐蝕行為。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗選用304不銹鋼/20鋼雙金屬復(fù)合管，其化學(xué)成分見表1。

表1 試驗用雙金屬復(fù)合管的化學(xué)成分 ％

圖1 塑性加工前后304不銹鋼的動電位極化曲線

1.2 測試電極的制備

將試驗用供應(yīng)態(tài)(未塑性加工)與經(jīng)歷了復(fù)合變形的304不銹鋼，以及拋光處理前后的304不銹鋼試件加工成工作面積為1cm2的電極。電極的一端與銅線焊接，用來導(dǎo)通電路，另一面作為工作面，其余部分均用環(huán)氧樹脂密封。

拋光處理時，電極的工作面依次用400#，800#，1 200#和2 000#砂紙逐級打磨，然后用金相試樣拋光機(jī)打磨成鏡面，再用去離子水清洗，放置到裝有去離子水的燒杯中保存待用。

1.3 化學(xué)試劑與測試儀器

試驗用溶液為NaCl，所用試驗儀器見表2。

表2 試驗用儀器

2 試驗過程及分析

試驗采用極化曲線測試方法，通過穩(wěn)態(tài)極化曲線形狀、斜率及極化曲線的位置，可以研究腐蝕過程的電化學(xué)行為特性及陰極和陽極反應(yīng)的控制特征等。

2.1 試驗過程

在三電極體系中加入NaCl溶液400mL，安裝好工作電極、參比電極和輔助電極，將極化曲線測量儀器與三電極體系連接，并與裝有腐蝕測量系統(tǒng)軟件的計算機(jī)連接，設(shè)置動電位掃描范圍為-1～+1.6V，掃描速率為50mV/min，測定在0.08mol/L的Cl-腐蝕介質(zhì)中的極化曲線。

2.2 試驗結(jié)果分析

2.2.1 塑性變形對304不銹鋼腐蝕性能的影響

圖1為塑性加工前后304不銹鋼在0.08mol/L Cl-溶液中的動電位極化曲線，擬合結(jié)果見表3。從圖1和表3可以看出，經(jīng)過塑性加工的304不銹鋼自腐蝕電位負(fù)移，自腐蝕電流增加，金屬的抗腐蝕性能下降。

表3 塑形加工前后304不銹鋼極化擬合參數(shù)

2.2.2 拋光對304不銹鋼腐蝕性能的影響

拋光能提高材料表面質(zhì)量，材料表面質(zhì)量越好，其腐蝕電位正移，亞穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)孔蝕就變得困難。表面質(zhì)量的提高會減少表面缺陷，提高材料的耐腐蝕性能。圖2為拋光后塑性加工前后304不銹鋼在0.08mol/L中性Cl-溶液中的動電位極化曲線，其擬合結(jié)果見表4。

從圖2和表4可以看出，試件拋光后，經(jīng)過塑性加工的304不銹鋼自腐蝕電位負(fù)移，自腐蝕電流增加，金屬的耐腐蝕性能下降。但是，電位與電流的變化相對較小，耐腐蝕性能相對于未拋光試件大大提高。

圖2 塑性加工前后304不銹鋼拋光后的動電位極化曲線

表4 塑性加工前后304不銹鋼拋光后的極化擬合參數(shù)

3 結(jié) 論

通過對比研究了304不銹鋼/20鋼機(jī)械式復(fù)合管內(nèi)襯管經(jīng)過塑性加工、拋光處理后，在Cl-溶液中的腐蝕過程和耐腐蝕測試結(jié)果，得到如下結(jié)論：

(1)未拋光處理的304不銹鋼，在0.08mol/L的中性Cl-溶液中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕電流大幅增加，腐蝕加劇。這源于塑性加工產(chǎn)生了晶格變形與殘余應(yīng)力等因素，促使了金屬的腐蝕。

(2)拋光處理的304不銹鋼，在0.08mol/L的中性Cl-溶液中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕電流變大，但是相對變化很小。可見，通過改善表面加工質(zhì)量可以使304不銹鋼的耐腐蝕性能大為提高。

(3)不同表面粗糙度試樣在0.08mol/L的中性Cl-溶液中的動電位極化曲線表明，表面粗糙度越小，金屬的耐腐蝕性越好。

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Influence of Surface Status on Corrosion Resistance of Stainless Steel 304/20 Steel Bimetal Composite Pipe

ZHENG Maosheng,SHUAI Ming,ZHONG Yuxin,HU Jun,TENG Haipeng
(Institute for Energy Transmission Technology and Application,School of Chemical Engineering,Northwestern University,Xi'an 710069,China)

In this article,in order to study the influence of surface status on corrosion resistance of bimetal composite pipe of 304 stainless steel and 20 steel,it adopted polarization curve test method to measure corrosion process of 304 stainless steel lining pipe in Cl-solution after plastic processing,before and after polishing treatment,and the results were compared and analyzed.The results indicated that improving surface processing quality can greatly increase the corrosion resistance of 304 stainless steel.The surface roughness is more smaller,the better the corrosion resistance of the metal.

compositepipe;surface status;corrosion;electrochemical analysis

TG142.71

A

1001-3938(2015)02-0016-03

鄭茂盛(1962—)，男，西北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院載能技術(shù)及應(yīng)用研究所教授，博士生導(dǎo)師，長期從事能源材料和技術(shù)的研究工作。

2014-09-18

李 超