兩種低合金鋼在酸性介質(zhì)下的耐蝕性能評(píng)價(jià)

李意斌，施宜君

(1.陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721008)

兩種低合金鋼在酸性介質(zhì)下的耐蝕性能評(píng)價(jià)

李意斌1，施宜君2

(1.陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721008)

全世界使用的金屬材料中有90%的都是鋼鐵，而在石油化工方面使用的金屬材料中有90%都是鋼鐵材料，在海洋中也有相當(dāng)于所有金屬材料的90%是鋼鐵，無(wú)論是在哪個(gè)行業(yè)，鋼材都占據(jù)著一個(gè)不可替代的位置，然而這些鋼材都不同程度的受到了腐蝕的破壞，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的，所以在不斷改善防腐蝕技術(shù)的同時(shí)研究鋼材的電化學(xué)性能從根本上了解鋼材的腐蝕狀況是非常有必要的。N80鋼在石油天然氣工業(yè)的使用比較廣泛，在煉油領(lǐng)域牌號(hào)為316L、0Cr18Ni9Ti、Cr5Mo、Cr9Mo等材料使用量也比較大，應(yīng)用也比較廣泛。國(guó)內(nèi)的酸性油氣田數(shù)量越來(lái)越多，其中的酸性介質(zhì)以有機(jī)酸為主，因此研究金屬材料在有機(jī)酸中的耐蝕性對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)選材有一定的指導(dǎo)意義。

鋼材；酸性介質(zhì)；耐腐蝕性能

1 研究?jī)?nèi)容

本文研究的兩種低合金鋼分別是N80鋼和Cr12MoV鋼，其主要成分如表1所示。

表1 N80鋼和Cr12MoV鋼的合金成分

本文研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)兩種低合金鋼的腐蝕評(píng)價(jià)；在實(shí)驗(yàn)時(shí)用失重法從宏觀上對(duì)兩種低合金鋼在酸性條件下的耐蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(2)對(duì)兩種低合金鋼在兩種介質(zhì)中測(cè)定電化學(xué)極化曲線，這是從電化學(xué)的角度對(duì)兩種低合金鋼的耐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3)化學(xué)浸泡實(shí)驗(yàn)；本文運(yùn)用化學(xué)浸泡實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)兩種低合金鋼進(jìn)行腐蝕研究，并在浸泡的同時(shí)，注意觀察兩種低合金鋼的腐蝕狀況，以及觀察兩種低合金鋼的腐蝕程度。

(4)電化學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)；待化學(xué)浸泡完成后，金屬表面形成了一層產(chǎn)物膜，再將兩種腐蝕后的低合金鋼在腐蝕前的介質(zhì)中測(cè)定極化曲線，從而判斷腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)兩種低合金鋼的腐蝕影響。

2 腐蝕速率的測(cè)定

分別給N80鋼片和Cr12MoV試樣依次用粒度為200#、400#、600#、800#的金相砂紙進(jìn)行打磨試樣，打磨完畢后，分別用酒精除水和用丙酮除油去污，并用吹風(fēng)吹干，最后測(cè)量尺寸和稱重；配制3%氯化鈉溶液與3%的氯化鈉和2 mL/L乙酸溶液。試樣在腐蝕介質(zhì)中化學(xué)浸泡72 h，去除腐蝕產(chǎn)物膜，72 h后取出試片，觀察腐蝕情況，試驗(yàn)結(jié)束后，沖洗干凈，用硬毛刷除去表面的疏松產(chǎn)物。

表2 兩種低合金鋼的腐蝕速率

通過(guò)表2數(shù)據(jù)得知Cr12MoV無(wú)論在氯化鈉溶液還是在酸溶液中其腐蝕速率都要比N80鋼要小，N80鋼在含酸溶液中的腐蝕速率要遠(yuǎn)大于在沒(méi)有酸介質(zhì)的溶液，酸對(duì)N80鋼的腐蝕速率影響較大；而Cr12MoV在含酸溶液中的腐蝕速率跟沒(méi)有酸的溶液中的腐蝕速率相差不大，雖然還是有影響，但是影響不是很大。

3 電化學(xué)測(cè)試

3.1 未化學(xué)浸泡腐蝕前測(cè)試

配置3%的氯化鈉溶液500 mL和乙酸濃度為2 mL/L的3%的氯化鈉溶液500 mL待用，分別為A溶液和B溶液。將兩種試樣分別在其中進(jìn)行電化學(xué)極化測(cè)試。

圖1 N80鋼在兩種介質(zhì)中的極化曲線

圖2 Cr12MoV鋼在兩種介質(zhì)中的極化曲線

從圖1和圖2中可以得出:

(1)N80鋼和Cr12MoV鋼在A、B溶液 中的都是隨著電位的增加，電流不斷的增加，電流密度也不斷的增加；(2)圖2中Cr12MoV鋼在A(氯化鈉溶液中)隨著電位的增加，電流出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，然后又有所降低，這是因?yàn)殇撈砻嫘纬闪艘粚逾g化膜而保護(hù)了鋼片的腐蝕，而這層鈍化膜是鐵的氧化物，隨著電位的持續(xù)增加，帶負(fù)電的氯離子進(jìn)入到有缺陷的鈍化膜中，從而使鈍化膜破壞；

(3)兩種低合金鋼分別在A溶液中自腐蝕電流密度ic要大于在B溶液中的自腐蝕電流密度ic，而A 溶液中N80鋼和Cr12MoV鋼的自腐蝕電位Ec都比B溶液中的自腐蝕電位Ec更負(fù)，因此可以得出N80鋼和Cr12MoV鋼由于乙酸的存在，加劇了N80鋼和Cr12MoV鋼的腐蝕速率；而N80鋼和Cr12MoV鋼在B溶液中的活化性更強(qiáng)，更說(shuō)明了在含有乙酸中容易腐蝕。

圖3 兩種低合金鋼在A溶液中的極化曲線比較

圖4 兩種低合金鋼在B溶液中的極化曲線比較

圖3為這兩種低合金鋼在A溶液(氯化鈉溶液)中極化曲線，從圖中可以得知：N80鋼的自腐蝕電流密度要大于Cr12MoV鋼的自腐蝕電流密度，說(shuō)明N80鋼在含有Cl-溶液中的耐蝕性沒(méi)有Cr12MoV鋼的耐蝕性好，這與失重法測(cè)定兩種合金鋼的的腐蝕速率評(píng)價(jià)相符。而N80鋼的自腐蝕電位也比Cr12MoV鋼的自腐蝕電位更負(fù)，也進(jìn)一步說(shuō)明了N80鋼的活性更高，在含有Cl-同種介質(zhì)中，N80鋼更容易腐蝕破壞。

圖4為這兩種低合金鋼在B溶液中(含有乙酸溶液)中的極化曲線，從極化曲線得知N80鋼的自腐蝕電流密度略大于Cr12MoV的自腐蝕電流密度，說(shuō)明N80鋼在含乙酸溶液中要比Cr12MoV鋼更容易腐蝕。但是N80鋼的自腐蝕電位跟Cr12MoV的自腐蝕電位相差不大，說(shuō)明兩種低合金鋼在酸性溶液中的活化性能相差不大，都容易發(fā)生腐蝕。

3.2 化學(xué)浸泡腐蝕后測(cè)試

圖5為N80鋼在含有乙酸的B溶液中腐蝕前后極化曲線的比較，從圖中可以清晰的知道，形成產(chǎn)物膜后即腐蝕后的自腐蝕電流要比腐蝕前的自腐蝕電流大，這說(shuō)明了N80鋼形成產(chǎn)物膜后的腐蝕速率要比沒(méi)有產(chǎn)物膜時(shí)候的腐蝕速率要大，即在含乙酸中形成的腐蝕產(chǎn)物膜會(huì)對(duì)N80鋼的腐蝕產(chǎn)生促進(jìn)作用，會(huì)增大N80鋼的腐蝕速率。這是因?yàn)樵诤幸宜岬娜芤褐?，由于乙酸電離出乙酸根離子，到達(dá)腐蝕后形成的產(chǎn)物膜與N80鋼的基體材料的界面處(即為界面內(nèi)測(cè))，促進(jìn)N80鋼的腐蝕，由此導(dǎo)致在形成產(chǎn)物膜后，N80鋼的腐蝕速率增加。

圖5 N80鋼在B溶液(含乙酸)中腐蝕前后極化曲線比較

圖6 Cr12MoV鋼在B溶液中腐蝕前后極化曲線比較

圖6為Cr12MoV鋼在含有乙酸的B溶液中腐蝕前后極化曲線的比較，從圖中可以分析出以下結(jié)論：(1)形成腐蝕產(chǎn)物膜(即腐蝕后)后的自腐蝕電流要比沒(méi)有產(chǎn)物膜(即腐蝕前)的自腐蝕電流小，其腐蝕速率變??；(2)沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物膜(即腐蝕前)的自腐蝕電位要比形成產(chǎn)物膜(即腐蝕后)后的自腐蝕電位更負(fù)一些。由此可以得出：Cr12MoV鋼的腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)本身的腐蝕產(chǎn)生抑制作用，會(huì)降低腐蝕速率，這是因?yàn)镃r12MoV鋼在形成的產(chǎn)物膜使電阻增加，電流也相應(yīng)的減小了，從而降低了腐蝕速率。

圖7是這兩種低合金鋼在B溶液(含有乙酸)中形成產(chǎn)物膜后的極化曲線比較，從圖中可以得出以下結(jié)論：

(1)隨著電位的增加，電流也相應(yīng)的增加，這兩種低合金鋼極化曲線的變化趨勢(shì)也大致相同；

(2)Cr12MoV鋼隨著電位的變化，出現(xiàn)了一個(gè)平臺(tái)。

(3)N80鋼的自腐蝕電位要比Cr12MoV鋼的自腐蝕電流密度要大，而自腐蝕電位更負(fù)。

通過(guò)在圖7中得出的結(jié)論可以分析出：(1)形成產(chǎn)物膜后在含乙酸溶液中N80鋼的腐蝕速率要比Cr12MoV鋼的腐蝕速率要大一些；(2)Cr12MoV鋼會(huì)形成一層鈍態(tài)膜，從而降低了該材料的腐蝕速率。

圖7 兩種低合金鋼在B溶液腐蝕后極化曲線比較

4 結(jié)論

本文研究的是兩種低合金鋼在酸性介質(zhì)下的電化學(xué)性能評(píng)價(jià)，通過(guò)失重法和電化學(xué)極化法的綜合運(yùn)用，現(xiàn)得出如下結(jié)論：

(1)Cr12MoV鋼在酸性介質(zhì)中的耐蝕性要明顯好于N80鋼，N80鋼在含乙酸中腐蝕較為劇烈，而Cr12MoV鋼在含乙酸溶液中，腐蝕較為輕微。

(2)腐蝕產(chǎn)物都會(huì)影響N80鋼和Cr12MoV鋼在酸性介質(zhì)下的腐蝕速率；N80鋼的腐蝕產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)N80鋼基體的腐蝕，會(huì)增大腐蝕速率；而Cr12MoV鋼的產(chǎn)物膜則會(huì)抑制Cr12MoV鋼基體的腐蝕，會(huì)降低其腐蝕速率。

[1] 郭長(zhǎng)林.鋼在流動(dòng)相下電化學(xué)腐蝕行為[D].太原:太原理工大學(xué),2010.

[2] 孔正義.腐蝕鋼構(gòu)件疲勞性能退化試驗(yàn)研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2010.

[3] 趙 炯.低合金鋼及其新型涂層的早期腐蝕防護(hù)研究[D].杭州:浙江理工大學(xué),2014.

[4] 余秀明.低合金高強(qiáng)度鋼浪花飛濺區(qū)點(diǎn)蝕行為及機(jī)理研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所),2016.

[5] 邢文靜.耐磨鋼在濕磨和空蝕條件下的腐蝕磨損性能與機(jī)制[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2007.

(本文文獻(xiàn)格式：李意斌，施宜君.兩種低合金鋼在酸性介質(zhì)下的耐蝕性能評(píng)價(jià)[J].山東化工,2017,46(3):32-34.)

Corrosion Resistance of Two Kinds of Low Alloy Steel in Acid Medium

LiYibin1,ShiYijun2

(1.ShaanXi Yanchang Petroleum Group Rubber Co.,Ltd.,Xianyang 712000,China;2.CNPC Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,China)

There are 90% metal materials used in the whole world are iron and steel，and metal materials used in petroleum chemical industry in 90% are iron and steel materials，in the ocean is equivalent to all the metal material is 90% steel，no matter in which industry steel occupies an irreplaceable position however，these steels are subject to varying degrees of corrosion damage，resulting in economic loss is immeasurable，so in the improvement of electrochemical performance of corrosion protection technology and research of steel fundamental understanding of corrosion of steel products is very necessary.N80 steel is widely used in the petroleum and natural gas industry，and it is also widely used in the oil refining field，such as 316L，0Cr18Ni9Ti，Cr5Mo，Cr9Mo and so on. The quantity of acid oil and gas fields is more and more in China，the acid medium is mainly organic acid，so the corrosion resistance of metal materials in organic acid has a certain guiding significance to the development of new products.

steel;acid medium;corrosion resistance

2016-12-29

李意斌(1987—)，男，陜西西安人，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，從事材料防腐研究工作。

TQ050.4

A

1008-021X(2017)03-0032-03