UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合彎管制管前后耐蝕性能變化分析

李 濤，付彥宏，楊瑋瑋，趙 波，張 紅，張麗娜，李國(guó)鵬

(渤海裝備研究院 輸送裝備分院，河北 青縣062658)

UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合彎管制管前后耐蝕性能變化分析

李 濤，付彥宏，楊瑋瑋，趙 波，張 紅，張麗娜，李國(guó)鵬

(渤海裝備研究院 輸送裝備分院，河北 青縣062658)

為了分析研制的N08825雙金屬?gòu)?fù)合彎管在制管前后耐腐蝕性能的變化情況，對(duì)鋼板內(nèi)覆層不銹鋼、雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼及焊縫分別進(jìn)行了三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)、晶間腐蝕敏感度的硝酸腐蝕試驗(yàn)、硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)以及銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果表明，UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合彎管制管前后腐蝕性能均未發(fā)生明顯變化，焊縫的硫酸鐵-50％硫酸腐蝕速率是鋼板內(nèi)覆層不銹鋼及雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼的5倍，但符合技術(shù)條件的要求。

焊管；雙金屬?gòu)?fù)合管；彎管；UNS N08825；耐腐蝕

雙金屬?gòu)?fù)合板是由兩種或兩種以上的不同金屬材料復(fù)合而成，金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各組元材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約貴重金屬材料，實(shí)現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求。不銹鋼/碳鋼雙金屬?gòu)?fù)合管是20世紀(jì)后期發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合材料，由于它具有節(jié)約貴重金屬、良好的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

本研究結(jié)合直縫焊管及彎管生產(chǎn)線現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了雙金屬?gòu)?fù)合鋼管分層焊接工藝方案，完成了雙金屬?gòu)?fù)合彎管母管的成型和焊接，并使用預(yù)彎?rùn)C(jī)、合縫機(jī)、擴(kuò)徑機(jī)，采用先進(jìn)的彎管煨制工藝及彎后回火熱處理，順利煨制出N08825雙金屬?gòu)?fù)合彎管。試制的彎管外觀良好，基層與內(nèi)覆層間結(jié)合緊密，達(dá)到了預(yù)期試驗(yàn)效果。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)用雙金屬?gòu)?fù)合管的規(guī)格為Φ610mm×(22+3)mm，碳鋼基管為X70直縫埋弧焊管，內(nèi)覆層為N08825不銹鋼，焊縫材質(zhì)為N06625不銹鋼。在雙金屬?gòu)?fù)合鋼板上截取縱向試樣，在復(fù)合彎管的彎管段外弧側(cè)截取管樣，焊縫試樣在彎曲段焊縫上截取。使用鋸床去除熱影響及變形部分，用線切割機(jī)切割不銹鋼復(fù)合層，使用120目砂紙打磨，并拋光至均勻的表面光潔度。

按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G48方法A對(duì)復(fù)合鋼板和復(fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼及焊縫試樣進(jìn)行三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)；按照ASTM A262方法E對(duì)3種試樣進(jìn)行銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)；按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G28方法A對(duì)3種試樣進(jìn)行硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)；按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM A262方法C對(duì)復(fù)合鋼板和復(fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼進(jìn)行晶間腐蝕敏感度的硝酸腐蝕試驗(yàn)。通過(guò)以上試驗(yàn)研究試樣在腐蝕前后彎曲面的變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)

三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G48方法A進(jìn)行。試驗(yàn)溫度22±2℃，反應(yīng)時(shí)間72h。對(duì)試驗(yàn)后的3個(gè)試樣進(jìn)行宏觀及20倍顯微檢測(cè)，試樣的6個(gè)表面均未發(fā)現(xiàn)麻點(diǎn)，試樣反應(yīng)前后質(zhì)量無(wú)變化，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的試樣表面無(wú)點(diǎn)腐蝕，平均腐蝕速率不超過(guò)4g/m2的要求。說(shuō)明焊縫抗點(diǎn)腐蝕性能與母材相當(dāng)，制管前后試樣的耐腐蝕性能未發(fā)生變化。

2.2 晶間腐蝕敏感度的硝酸腐蝕試驗(yàn)

硝酸腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM GA262方法C進(jìn)行。將試樣置于沸騰溶液中，每個(gè)周期反應(yīng)時(shí)間為48h，共5個(gè)周期。復(fù)合鋼板內(nèi)覆層試樣編號(hào)為HNO3-GB01，復(fù)合彎管內(nèi)覆層試樣編號(hào)為HNO3-WG01，試樣尺寸90mm×20mm×2mm。

復(fù)合鋼板內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后組織形貌如圖1所示。由圖1可知，復(fù)合鋼板內(nèi)覆層不銹鋼隨著腐蝕周期的增多，試樣表面腐蝕逐漸加劇，第3周期結(jié)束后，出現(xiàn)階梯組織，晶粒間呈臺(tái)階狀，但晶界無(wú)腐蝕溝；第4周期結(jié)束后，晶界出現(xiàn)腐蝕溝，但沒(méi)有晶粒被腐蝕溝包圍；第5周期結(jié)束后，晶粒被腐蝕溝包圍。

雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后組織形貌如圖2所示。由圖2可知，雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼隨著反應(yīng)周期的增多，試樣表面腐蝕逐漸加劇，第4周期結(jié)束后，出現(xiàn)溝狀組織，偶有晶粒被腐蝕溝包圍；第5周期結(jié)束后，晶粒被腐蝕溝包圍的數(shù)量增多。

圖1 復(fù)合鋼板內(nèi)覆層不銹鋼晶間腐蝕各周期顯微組織照片 500×

圖2 雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼晶間腐蝕各周期顯微組織照片 500×

硝酸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可知，試樣5個(gè)周期腐蝕速率的平均值均低于0.72mm/a，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，制管前后無(wú)明顯變化。隨著反應(yīng)周期的遞增，2個(gè)試樣的腐蝕速率整體上呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。

表1 試樣硝酸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

2.3 硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)

硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G28方法A進(jìn)行。將試樣置于沸騰溶液中，反應(yīng)時(shí)間120h。鋼板內(nèi)覆層不銹鋼和雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼試樣的尺寸為40mm×20mm×2mm，編號(hào)分別為Fe2(SO4)3-GB01和Fe2(SO4)3-WG01；焊縫試樣尺寸為40mm×15mm×2mm，編號(hào)為Fe2(SO4)3-HF01。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可知，試樣的腐蝕速率均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，制管前后覆層腐蝕無(wú)明顯變化，焊縫的腐蝕速率相對(duì)較高。

表2 硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

鋼板內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片如圖3所示。由圖3可以看出，腐蝕后試樣宏觀表面出現(xiàn)細(xì)小灰點(diǎn)，顯微組織變化明顯，出現(xiàn)階梯組織，晶粒間呈臺(tái)階狀。

雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片如圖4所示。由圖4可知，試樣腐蝕后宏觀表面出現(xiàn)細(xì)小灰點(diǎn)，顯微組織變化明顯，偶有晶粒被腐蝕溝包圍，但腐蝕溝較淺。

焊縫腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片如圖5所示。由圖5可知，試樣腐蝕后宏觀表面出現(xiàn)焊接形貌，顯微組織發(fā)生明顯的變化，出現(xiàn)連續(xù)溝狀組織。

圖3 鋼板內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片

圖4 雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片

2.4 銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕敏感度的銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM A262方法E進(jìn)行，試樣在沸騰溶液中的腐蝕時(shí)間為15h。鋼板內(nèi)覆層不銹鋼、雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼試樣的尺寸為75mm×20mm×2mm，編號(hào)分別為CuSO4-GB01和CuSO4-WG01；焊縫試樣的尺寸75mm×15mm×2mm，編號(hào)為CuSO4-HF01。將腐蝕后的試樣用鉗子彎曲，與未進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)的對(duì)比試樣進(jìn)行比較分析。

圖5 焊縫腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片

鋼板內(nèi)覆層不銹鋼及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片如圖6所示。雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片如圖7所示。由圖6和圖7可以看出，鋼板內(nèi)覆層和復(fù)合管彎管內(nèi)覆層不銹鋼彎曲面的顯微組織都與其對(duì)比試樣形貌相似。

焊縫及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片如圖8所示。由圖8可以看出，焊縫彎曲面顯微組織形貌雖然與對(duì)比試樣相似，但是與鋼板內(nèi)覆層和管體內(nèi)覆層不銹鋼彎曲面形貌不同。

圖6 鋼板內(nèi)覆層不銹鋼及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片

根據(jù)技術(shù)條件要求，從腐蝕反應(yīng)后試樣的形貌上很難直接判斷是否存在晶間裂紋，這也是新版 TTP-00000-MA-ETR-0004《UNS N08825 合金內(nèi)覆復(fù)合管技術(shù)規(guī)定》中去除銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)的原因。

圖7 雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片

圖8 焊縫及對(duì)比試樣彎曲面的顯微照片

3 結(jié) 論

(1)三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)表明，鋼板內(nèi)覆層不銹鋼、雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼及焊縫試樣腐蝕反應(yīng)前后質(zhì)量無(wú)變化，且試樣表面無(wú)點(diǎn)腐蝕。

(2)硝酸晶間腐蝕試驗(yàn)表明，鋼板內(nèi)覆層不銹鋼、雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)覆層不銹鋼試樣經(jīng)5個(gè)周期反應(yīng)后的平均腐蝕速率均低于技術(shù)條件要求的0.72mm/a，彎管試樣的腐蝕率略高于鋼板試樣，試樣表面出現(xiàn)晶粒被腐蝕溝包圍的組織，但制管前后兩個(gè)試樣的腐蝕速率及組織變化不大。

(3)硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗(yàn)表明，焊縫的腐蝕速率為鋼板及彎管的5倍，但均符合技術(shù)條件的要求；彎管試樣的腐蝕速率略高于鋼板試樣，制管前后晶間腐蝕的變化不大。

(4)銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)表明，制管前后彎曲試樣組織形貌相似，很難直接判斷是否存在晶間裂紋，這也印證了在新版TTP-00000-MA-ETR-0004《UNS N08825合金內(nèi)覆復(fù)合管技術(shù)規(guī)定》中去除銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗(yàn)的原因。

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Analysis on Corrosion Resistance Properties Variation of UNS N08825 Bimetal Composite Bends Before and After Pipe Manufacturing

LI Tao，F(xiàn)U Yanhong，YANG Weiwei，ZHAO Bo，ZHANG Hong，ZHANG Lina，LI Guopeng
(CNPC Bohai Equipment Research Institute Transmission Equipment Institute，Qingxian 062658，Hebei，China)

In order to study the corrosion resistance variation of UNS N08825 bimetal composite bends before and after pipe manufacturing，it respectively carried out ferric chloride pitting corrosion test，nitric acid corrosion test of intergranular corrosion sensitivity，ferric sulfate-50％sulfuric acid corrosion test and copper-copper sulfate-16％sulfuric acid corrosion test on the inner cladding stainless steel in steel plate，the inner cladding stainless steel in bimetal composite bends and weld.The results showed that no obvious change in the corrosion resistance of UNS N08825 bimetal composite bends before and after pipe manufacturing，ferric sulfate-50％sulfuric acid corrosion rate was five times of the inner cladding stainless steel in steel plate and the inner cladding stainless steel in bimetal composite bends，but in accordance with the requirements of technical conditions.

welded pipe;bimetal composite pipe； bends； UNS N08825； corrosion resistance property

TE988

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.09.011

李 濤(1983—)，女，畢業(yè)于四川大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事石油輸送鋼管材料的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)等工作。

2016-04-06

李 超