改性熱鍍材料在硫化氫介質(zhì)中的腐蝕性能研究

吳 昊，李華飛

(1.中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223；2.華中科技大學(xué)，湖北武漢 430073)

改性熱鍍材料在硫化氫介質(zhì)中的腐蝕性能研究

吳 昊1，李華飛2

(1.中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223；2.華中科技大學(xué)，湖北武漢 430073)

采用不同鈍化劑對(duì)55%Al-Zn鍍層表面進(jìn)行鈍化處理，鈍化處理后的材料在硫化氫介質(zhì)中的耐蝕性能獲得明顯提高。研究了55%Al-Zn鍍液中分別添加稀土元素Re、Ti后對(duì)材料在硫化氫介質(zhì)中耐蝕性能的影響。結(jié)果表明：在55%Al-Zn鍍層中分別添加Re、Ti元素能有效提高材料耐硫化氫鹽水腐蝕性能。

55%Al-Zn熱浸鍍；鈍化處理；Re；Ti；硫化氫；耐蝕性能

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.004

在當(dāng)今石油、化工、冶金等眾多領(lǐng)域中，廣泛存在著硫化氫對(duì)金屬材料的腐蝕破壞問題。為減輕含硫化物對(duì)金屬材料的腐蝕，常采用的方法是注入緩蝕劑、施加陰極保護(hù)、選用耐蝕的材料(如不銹鋼、抗H2S鋼)及對(duì)金屬材料表面涂覆等。其中，金屬材料熱浸鍍因價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單，在相關(guān)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。55%Al-Zn合金熱浸鍍層是一種優(yōu)良的耐蝕鍍層，其在H2S-NaCl-H2O體系中的耐蝕性研究，國(guó)內(nèi)外目前已有相關(guān)的報(bào)道。為了改善和提高55%Al-Zn合金熱浸鍍層的耐蝕能力，對(duì)其進(jìn)行鈍化處理并加入微量合金元素，研究改性熱鍍層在硫化氫鹽水中耐腐蝕的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 合金的熔煉

熱浸鍍鋼材為碳鋼Q235。55%Al-Zn熱浸鍍液成分(w)為：Al 55%，Zn 43.4%，Si 1.6%；合金元素RE、Ti根據(jù)需求，分別進(jìn)行0.05%～0.5%(w)、0.1%～0.5%(w)的添加。

55%Al-Zn合金熔煉工藝流程如下：預(yù)熱坩堝至500℃→加入精煉用的熔劑和全部純鋁，加熱熔化→純鋁熔化達(dá)一定溫度后，加入預(yù)熱過的全部鋁硅合金和90%的純鋅→合金液溫度達(dá)690℃時(shí)，精煉除氣(用鐘罩壓入)→加入剩余的10%的純鋅，使合金液降溫至670℃左右，攪拌和除渣→加入覆蓋劑，靜置數(shù)分鐘，合金液到達(dá)所需溫度后即可進(jìn)行熱浸鍍。覆蓋劑在加入前需預(yù)熱，一般在350～450℃下，保溫2～4 h。

精煉除氣劑一般用前配制，其中含結(jié)晶水的組分在配制前須加熱除去水分，各組分按規(guī)定用量混合均勻后壓成塊狀，使用前置于120～140℃的烘箱內(nèi)備用。

熔煉合金時(shí)，Al、Zn、Si、Ti和Re的燒損率分別按(w)1.5%、3%、0.5%、2%和1.5%計(jì)算。

1.2 硫化氫鹽水的制備

硫化氫由硫化亞鐵和10%(w)的稀鹽酸反應(yīng)生成，通入已除氧的蒸餾水中待溶解飽和后用碘量法測(cè)定其中的硫化氫含量。實(shí)驗(yàn)溶液用已知濃度的硫化氫水溶液與所需濃度的除氧鹽水按比例配制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鍍層鈍化處理的影響

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，本實(shí)驗(yàn)篩選了幾種鈍化劑溶液配方，用其溶液對(duì)55%Al-Zn鍍層進(jìn)行鈍化處理，所選鈍化劑組成及其處理規(guī)范見表1。然后將處理過的試樣在含H2S為2000 mg/L和500 mg/L的鹽水中掛片腐蝕，腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2。

表1 用鈍化劑組成及處理規(guī)范

表2 鍍層試樣經(jīng)鈍化處理后在硫化氫鹽水中的腐蝕速率(20℃)

表2中數(shù)據(jù)表明，55%Al-Zn鍍層經(jīng)鈍化處理后其耐蝕性能有很大的提高。在含H2S為2 000 mg/L的鹽水中，鍍層用A＃、B＃、C＃、D＃和E＃鈍化處理后耐蝕性能分別提高11、8、20、16和0.6倍；在含H2S為500 mg/L的鹽水中，分別提高12、9、21、17和0.7倍。在硫化氫鹽水中，鈍化劑提高耐蝕性能大小的順序?yàn)椋篊＃＞D＃＞A＃＞B＃＞E＃。

鍍層用酸性鈍化劑(A＃、B＃、C＃和D＃)處理，其耐蝕性能均比用堿性鈍化劑(E＃)處理的要高很多倍。用A＃和C＃鈍化劑處理的鍍層，經(jīng)過30 d腐蝕實(shí)驗(yàn)后其表面基本上仍保持鍍層原來的光澤，而用B＃、D＃和E＃鈍化劑處理的則表面發(fā)暗，局部地方還出現(xiàn)暗斑。

2.2 稀土元素Re的影響

2.2.1 Re加入量對(duì)55%Al-Zn鍍層耐蝕性能的影響

將在鍍液中加入0.05%～0.5%(w)Re的鍍層，在含H2S為2 000 mg/L和500 mg/L的鹽水中進(jìn)行掛片腐蝕，腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1。

表3 Re加入量對(duì)55%Al-Zn鍍層在硫化氫鹽水溶液中腐蝕的影響(30℃)

圖1 Re加入量對(duì)55%Al-Zn鍍層腐蝕性能的影響

從表中可見，隨著Re加入量的增加，鍍層的腐蝕速率下降。加入量在0～0.2%之間，腐蝕速率下降較快，當(dāng)加入量超過0.2%后下降趨勢(shì)變得緩慢。這表明在鍍液中只要加入0.2%Re就能顯著提高耐蝕性，過多加入Re并未明顯提高耐蝕性，故沒有必要。

從表3和圖1還可看出，Re含量相同的鍍層在含H2S濃度高的鹽水中的腐蝕速率反而比在含H2S濃度低的鹽水中的腐蝕速率要小一些。

2.2.2 H2S濃度對(duì)含Re鍍層耐蝕性能的影響

為了證實(shí)“Re含量相同的鍍層在含H2S濃度高的鹽水中的腐蝕速率反而比在含H2S濃度低的鹽水中的腐蝕速率小的現(xiàn)象”，進(jìn)一步研究了鹽水中H2S濃度對(duì)Re加入量為0.2%和0.5%的鍍層試樣的腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4和圖2。

表4 H2S濃度對(duì)含0.2%和0.5%Re鍍層在硫化氫鹽水溶液中腐蝕的影響(30℃)

圖2 H2S濃度對(duì)含Re鍍層耐蝕性能的影響

可見，含Re鍍層的腐蝕速率確實(shí)隨著H2S濃度的增加而下降，在H2S含量低時(shí)下降較明顯，當(dāng)H2S含量大于500 mg/L后，腐蝕速率雖有下降，但變化已很小。這表明含Re鍍層在H2S含量高的鹽水中比在H2S含量低的鹽水中有更好的耐蝕性。其原因有待進(jìn)一步的研究。

2.3 合金元素Ti的影響

2.3.1 Ti加入量對(duì)55%Al-Zn鍍層耐蝕性能的影響

用在鍍液中加入0.1%～0.5%(w)Ti的鍍層，研究Ti加入量對(duì)鍍層耐硫化氫鹽水腐蝕性能的影響，腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5和圖3。

表5 Ti加入量對(duì)55%Al-Zn鍍層在硫化氫鹽水溶液中腐蝕性能的影響(30℃)

圖3 Ti加入量對(duì)耐硫化氫鹽水腐蝕性能的影響

從表中可見，隨著Ti加入量的增加，鍍層的腐蝕速率下降，在Ti加入量0.2%時(shí)，腐蝕速率降至最低。而后隨著Ti加入量的再增加，鍍層的腐蝕速率逐漸升高，但都比未加Ti的要小很多。結(jié)果表明，在鍍液中加入0.2%Ti對(duì)鍍層的耐蝕性最好，過多反而不利于提高耐蝕性。

2.3.2 H2S濃度對(duì)含Ti量鍍層在硫化氫鹽水中耐蝕性能的影響

研究了鹽水中H2S濃度對(duì)Ti加入量為0.2%和0.5%鍍層試樣的腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6和圖4。

表6 H2S濃度對(duì)0.2%和0.5%Ti加入量鍍層在硫化氫鹽水溶液中腐蝕的影響(30℃)

圖4 H2S濃度對(duì)含Ti鍍層耐蝕性能的影響

可見，含Ti鍍層的腐蝕速率隨著H2S濃度的增加而增加。在其他條件相同的情況下，含Ti鍍層的耐蝕性比未加Ti的提高1～2倍。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)55%Al-Zn鍍層經(jīng)鈍化處理后，耐蝕性能提高明顯。用酸性鈍化劑處理后耐蝕性能提高8～20倍，而用堿性的鈍化劑處理后耐蝕性能只提高60%～70%。

(2)在55%Al-Zn鍍層中加混合稀土Re能提高其耐硫化氫鹽水腐蝕性能。隨著Re加入量增多，鍍層的腐蝕速率下降。加入量為0.2%Re時(shí)，提高耐蝕性最明顯，過多加入Re反而導(dǎo)致耐蝕性能的提高緩慢。

(3)在55%Al-Zn鍍層中加入Ti也能提高其耐硫化氫鹽水腐蝕性能，其耐蝕性能比未含Ti鍍層的要提高1～2倍。隨著Ti加入量的增加，鍍層的腐蝕速率下降，在約0.2%Ti時(shí)，降至最低點(diǎn)，而后隨著Ti加入量進(jìn)一步增加，腐蝕速率又逐漸有所增大，但比未加Ti鍍層的腐蝕速率仍低得多。

[1]李寧.化學(xué)鍍實(shí)用技術(shù)[M].北京：北京工業(yè)出版社，2003.

[2]盧綺敏，林雪梅，王惠敏，等.石油工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[3]徐金文，鄧德鵬，李華飛，等.30CrMo鋼及其滲鋁鋼耐飽和H2S溶液腐蝕研究[J].石油化工設(shè)備，2005(2)：5-7.

[4]李偉臣.滲鋁管腐蝕性能研究[J].熱加工工藝，2011(14)：57 -58.

修改稿日期：2016-09-13

Research on Corrosion Behavior of Modified Thermal Plating Materials in Hydrogen Sulfide

WU Hao1，LI Hua-fei2
(1.Wuhuan Engineering Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430223 China；2.Huazhong University of Science and Technology，Wuhan Hubei 430073 China)

The corrosion resistance of the materials in the hydrogen sulfide medium has been significantly improved by using different passivation agent on the surface of 55%Al-Zn coating.A research has been conducted on the effect of rare earth element Re and Ti on the corrosion resistance of the materials in the medium of hydrogen sulfide.The results show that adding RE and Ti elements to the 55%Al-Zn coating can effectively improve the corrosion resistance of the material.

55%Al-Zn hot dip；passivation；Re；Ti；hydrogen sulfide；corrosion resistance

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.004

TG172

A

1004-8901(2016)05-0011-04

吳昊(1983年-)，男，湖北武漢人，2008年畢業(yè)于華中科技大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事材料控制與應(yīng)力控制工作。