3PP管線管涂層產(chǎn)品開發(fā)研究

房文祺,馬 源,惠林林

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.中央研究院,上海 201999; 2.鋼管條鋼事業(yè)部,上海 201900)

1 概述

隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,石油、天然氣等能源供給在日常生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位日益重要,能源安全也成為各國國家安全的優(yōu)先領(lǐng)域。目前國內(nèi)外油氣管道的輸送主要以三層結(jié)構(gòu)聚乙烯(3PE)和熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)涂層管為主,他們的結(jié)構(gòu)分別如圖1所示。其中FBE涂層主要應(yīng)用于北美地區(qū),約占涂層管總量的25%;北美以外其他地區(qū)主要以3PE涂層為主,約占涂層管總量的70%以上;剩余5%則包括三層結(jié)構(gòu)聚丙烯(3PP)涂層和瀝青涂層等[1-3]。

在埋地鋼管多種防腐材料組合中,3PE防腐涂層具有化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)性能優(yōu)良、電絕緣性佳、加工成型容易、涂覆施工方便和涂層成本低廉等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今最常用的管線防腐涂層,但是其耐高溫性能(維卡軟化溫度≤80 ℃)、硬度和機(jī)械強(qiáng)度較弱,對運(yùn)行溫度和耐土壤應(yīng)力較高的環(huán)境,3PE 防腐層難以滿足使用要求;FBE 涂層具有優(yōu)異的機(jī)械性能、抗沖擊能力、耐高溫能力、高溫時(shí)的抗?jié)B透性以及良好的陰極保護(hù)相容性,但是其變形能力不足,容易在鋼管形變后發(fā)生涂層開裂或剝離,此外,還存在著高溫、高濕條件下易吸水的問題,影響鋼管后續(xù)耐蝕性能。因此 3PE 涂層和FBE涂層均有某些使用局限[4-5]。

隨著石油、天然氣行業(yè)開采活動的加劇,為滿足苛刻服役環(huán)境(如沙漠高溫環(huán)境和硬質(zhì)巖土環(huán)境)的能源運(yùn)輸所需管道的建造難度也逐漸增加。同時(shí)給原油加壓或加溫提高原油流動速率從而增加輸油管道輸送效率也成為油氣管道的常規(guī)做法之一,該做法會造成原油溫度升高(達(dá)到 70～80 ℃),對管道涂層體系的耐高溫性能提出苛刻要求。因此能夠耐高溫(內(nèi)部介質(zhì)溫度或外界環(huán)境溫度≥80 ℃)和耐劃傷的管線管涂層防護(hù)體系成為當(dāng)今的發(fā)展方向之一。這要求管線管涂層體系具有較高的軟化溫度和機(jī)械性能(包括拉伸強(qiáng)度、硬度和沖擊強(qiáng)度等)。隨著近些年管線管工程的建設(shè)和發(fā)展,人們逐漸開始認(rèn)識和使用3PP防腐涂層體系。3PP涂層體系具有密度低、硬度大、耐高溫和易加工等特點(diǎn),與3PE涂層和FBE涂層相比,3PP 涂層在80 ℃溫度下可運(yùn)行30年,最高可承受110 ℃的高溫,而3PE涂層的最高使用溫度僅為84 ℃；聚丙烯(PP)材料本身的高硬度賦予了3PP涂層的高抗劃傷性能,當(dāng)穿越管道位于河流、鐵路以及其他難以開挖的地段時(shí),防腐層一旦損壞很難得到修復(fù),使用3PP涂層能夠減少穿越過程中的防腐層損壞率。因而在諸如高溫介質(zhì)輸送、高溫沙漠地區(qū)埋地管、近加壓站防腐管道和地下穿越管道等特定應(yīng)用場景具有明顯優(yōu)勢[6-7]。近年來3PP防腐層的用量呈逐年遞增趨勢,其中亞洲市場需求量最多[4]。在我國新疆克拉2氣田的天然氣外輸管道,也有部分管道的防腐采用了3PP涂層,并取得了良好的效果[8]。

從鋼管防腐層涂覆施工的角度,3PP與3PE涂層同屬多層聚烯烴涂層體系(圖1(a)、(b)),由底層環(huán)氧粉末、中間層黏結(jié)劑和外層PE/PP夾克構(gòu)成。PP與PE的施工方式類似,可以實(shí)現(xiàn)共線涂覆生產(chǎn),不需要另建專門的作業(yè)線。但PP與PE材料本身分子結(jié)構(gòu)有差異,PP材料含有較多的叔碳原子,易結(jié)晶,且結(jié)晶的尺寸、堆積狀態(tài)對PP夾克層的力學(xué)性能有明顯影響[9],在生產(chǎn)過程中的施工和品控難度明顯大于普通3PE防腐層體系。目前只有EUPEC、BREDERO SHAW、EUROPIPE、LBFoster、WELSPUN、JFE、新日鐵和浦項(xiàng)等國外大型鋼廠或制管公司具備3PP全系列涂層管產(chǎn)品的供貨能力,國內(nèi)的海隆、中石油管道局等也具備一定的3PP防腐層涂覆施工和供貨能力,但目前國內(nèi)主要還是提供φ600 mm以下的中小管徑的3PP涂層產(chǎn)品。

寶鋼鋼管涂層產(chǎn)線始建于2008年,采用自主集成設(shè)計(jì)和重點(diǎn)設(shè)備點(diǎn)單式引進(jìn)的模式,主要服務(wù)于寶鋼鋼管事業(yè)部下屬的HFW焊管、UOE焊管等具有防腐供貨需求的中大口徑油氣管的防腐層涂覆。該產(chǎn)線包括一條管線管外涂層線、一條管線管內(nèi)涂層線,目前已經(jīng)具備較完善的管線管外涂FBE、2FBE和3PE層,內(nèi)涂減阻型液體環(huán)氧的供貨能力,先后完成過西氣東輸二線,昆士蘭線和土耳其TANAP管線等國內(nèi)外重點(diǎn)工程項(xiàng)目。近年來,通過現(xiàn)場工程師和寶鋼研究院研發(fā)人員的共同努力,寶鋼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大口徑(φ600 mm及以上)3PP涂層管產(chǎn)品穩(wěn)定制造和供貨能力。本文主要介紹3PP涂層管產(chǎn)品開發(fā)過程中展開的試驗(yàn)研究和工業(yè)試制,分析了關(guān)鍵工藝對最終涂層附著力、PP層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)材料及試樣制備

2.1.1 陰極剝離測試試樣制備

試驗(yàn)研究階段采用基板材為通用的X60鋼種,試驗(yàn)樣板尺寸為100 mm×100 mm×7 mm,表面采用S330∶GL25(1∶1)混合鋼砂進(jìn)行拋丸處理,錨紋深度控制在50～100 μm。

表面酸洗液采用凱米特OAKITE?33,酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～10%,將樣板預(yù)熱到50 ℃分別加入到工業(yè)純水、5%酸洗液及10%酸洗液中20 s,然后清水洗凈,清洗后的樣板放入烘箱加熱至235 ℃(或250 ℃),保溫1 h。

底層FBE選取了寶鋼供應(yīng)商名錄中的三款FBE底粉原料,分別標(biāo)記為FBE-A、FBE-B和FBE-C,所有FBE粉體的理化性能檢測均滿足ISO 21809中Class C的要求,最低玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(Tg2)均 ≥105 ℃。試驗(yàn)研究階段采用流化床方式涂覆FBE粉末,將預(yù)先加熱至235 ℃(或250 ℃)的基材樣板浸入FBE粉末流化床中,通過控制浸入時(shí)間,將膜厚保持在400～550 μm,隨后在235 ℃(或250 ℃)烘箱中固化4 min,取出后水冷至室溫。

2.1.2 PP夾克料樣條制樣

采用四川金發(fā)EPP型涂層管專用夾克料PP粒子。參考ISO 293和ISO 1973中關(guān)于PP夾克料的原材料熱壓模要求進(jìn)行拉伸試驗(yàn)樣條的制樣。

用上海西瑪偉力的半自動壓力成型機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)尺寸拉伸樣條模具(ISO 527-2中規(guī)定1B標(biāo)準(zhǔn)尺寸)進(jìn)行熱壓處理標(biāo)準(zhǔn)拉伸樣條制備。在180 ℃條件下預(yù)熱10 min,待PP粒子軟化后合模,升高溫度到210 ℃后加壓到5 MPa,保壓5 min后,分別采用緩冷(熱壓板斷電,模具隨熱壓板余熱降溫,降溫速率10±5 K/min)、空冷(取出模具至于25 ℃室溫環(huán)境中降溫,降溫速率 30±10 K/min)和水冷(取出模具浸入10 ℃的水浴中,降溫速率40±20 K/s)三種降溫方式,待模具溫度低于40 ℃進(jìn)行脫模,取出樣條,樣條邊緣打磨平滑,確認(rèn)沒有凹坑、毛刺等缺陷。

2.2 性能測試與表征

2.2.1 陰極剝離

陰極剝離試驗(yàn)參照ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)的要求(表1),在涂覆FBE粉末的試樣表面剝離出直徑6 mm的人工缺陷孔,采用實(shí)驗(yàn)室專用測試容器[10],以金屬基板作為陰極,Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極,鉑電極為陽極,質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的NaCl溶液作為電解液,分別按23 ℃、-1.5 V、28 d,65 ℃、-3.5 V、 24 h和90 ℃、-1.5 V、28 d 的3個(gè)陰極剝離測試參數(shù)測試試樣,測量缺陷孔處FBE防腐層的剝落長度,以平均陰極剝離半徑大小來評估防腐層的抗陰極剝離性能。

2.2.2 PP拉伸試樣力學(xué)性能測試

采用SANS電子萬能試驗(yàn)機(jī),按ISO 10350-01要求進(jìn)行樣條的拉伸、斷裂延伸率測試。

2.2.3 PP拉伸試樣結(jié)晶度測試

采用DSC法進(jìn)行結(jié)晶度測試,升溫條件:N2保護(hù)(20 mL/min);升溫程序:50 K/min;升溫范圍:室溫至220 ℃,在220 ℃保持2 min。

結(jié)晶度由式(1)計(jì)算[11]:

(1)

式中:Xc為結(jié)晶度;ΔH為每克PP樣品的結(jié)晶熱焓;ΔH0為每克完全結(jié)晶的PP樣品的結(jié)晶熱焓,此處ΔH0=170 J/g[12]。

2.2.4 PP拉伸試樣結(jié)晶結(jié)構(gòu)測試

對不同降溫速率的PP夾克層試樣,采用日本理學(xué) SmartLab型X射線衍射儀進(jìn)行分析,Cu 靶、Ka射線、測試電壓40 kV、激發(fā)電流40 mA,掃描范圍:5°～40°。

計(jì)算結(jié)晶尺寸。在得到的XRD譜圖上,找出主要結(jié)晶峰,再運(yùn)用計(jì)算機(jī)積分程序計(jì)算晶面衍射峰的半高寬β,并由Scherrer公式即式(2)計(jì)算所測試樣晶粒對應(yīng)晶面法線方向的平均尺寸[13]:

(2)

式中:Dhkl為法線方向晶粒尺寸;k為Scherrer常數(shù)(0.89);λ為X射線波長0.154 06 nm;β為晶面衍射峰的半高寬;θ為布拉格衍射角,(°)。

3 結(jié)果與討論

3.1 鋼管表面前處理及FBE底粉選型

埋地或海底油氣輸油管道通常采用防腐涂層+陰極保護(hù)的聯(lián)合防護(hù)防腐,防腐層除對外部環(huán)境中的H2O、O2和Cl-等腐蝕介質(zhì)的物理阻隔作用外,還可以降低陰極保護(hù)電流的流失,提高保護(hù)效果[10]。但是在陰極電流的作用下,一旦防腐層發(fā)生破損,防腐層破損處金屬會與環(huán)境中的H2O和O2發(fā)生如式(3)、(4)陰極反應(yīng):

2H2O+2e-→H2↑+2OH-

(3)

O2+4e-+2H2O→4OH-

(4)

防腐層破損處陰極區(qū)產(chǎn)生大量的OH-和H2,在局部形成堿性環(huán)境,破壞防腐層與鋼管表面的黏結(jié)力,產(chǎn)生剝離。底層FBE是鋼管防腐涂層體系中與鋼管表面的直接接觸層,因而FBE底涂粉末原料的選型及涂覆工藝直接關(guān)系到涂層體系附著力及抗膜下腐蝕性能。從表1可以看出,根據(jù)ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)3PP和3PE的耐陰極剝離測試條件和要求類似,主要區(qū)別在于3PP產(chǎn)品需在更高工作溫度下(90～110 ℃)保持與3PE產(chǎn)品(通常為60～80 ℃)相同的耐陰極剝離性能。

表1 ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)中3PE和3PP涂層體系陰極剝離合格標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The minimum requirements of cathodic disbondment for 3PE/3PP coatings in ISO 21809

圖2為三款備選FBE底粉分別在235 和250 ℃固化溫度條件下所制備底層FBE試樣的陰極剝離測試結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn),三款FBE底粉均滿足ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)中對3PP涂層管抗陰極剝離性能的要求,且在235和250 ℃的固化溫度條件下同一款FBE底粉的抗陰極剝離性能差異不明顯,但不同款FBE底粉抗陰極剝離性能有明顯差別,FBE-A在90 ℃、-1.5 V、28 d測試條件下的平均陰極剝離半徑僅為8 mm,而FBE-C則達(dá)到約13 mm,綜合耐陰極剝離性能為FBE-A>FBE-B>FBE-C。

圖2 固化溫度對底層FBE陰極剝離的影響Fig.2 Influence of curing temperature on cathodic disbondment of FBE primer coat

圖3 表面酸洗對底層FBE陰極剝離的影響Fig.3 Influence of surface acid washing on cathodic disbondment of FBE primer coat

在理化性能檢測均滿足ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)的前提下,通過對比三款FBE底粉在不同溫度、偏壓和測試周期條件下的抗陰極剝離性能,可選擇抗陰極剝離性能最優(yōu)的FBE-A底粉作為3PP涂層體系的底涂原料,并在后道漂洗能力達(dá)標(biāo)的前提下,在線測試過程中適當(dāng)提升鋼管表面酸洗液的濃度,提升底層FBE與鋼管表面的附著性及抗陰極剝離性能。

3.2 冷卻方式對PP夾克料組織結(jié)構(gòu)和性能的影響

與PE不同,PP材料是一種半結(jié)晶性聚合物,有研究表明PP熔融后的凝固過程對PP的固化結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能有明顯影響[9,11,13],因此在3PP涂層鋼管的涂裝過程中,PP中間膠黏劑和PP夾克料纏繞后的冷卻環(huán)節(jié)是工藝控制的關(guān)鍵。圖4分別比較了PP夾克層樣條在三種不同熔融冷卻速率條件下的力學(xué)性能變化,可以發(fā)現(xiàn)PP夾克層的屈服強(qiáng)度和斷裂延伸率與降溫速率密切相關(guān),在緩冷(降溫速率約10±5 K/min )和空冷(降溫速率 30±10 K/min)條件下,PP夾克層呈脆性,平均斷裂延伸率<100%,與3PP產(chǎn)品所要求的≥400%,存在明顯的差距。而采用水冷(取出模具浸入10 ℃的水浴中,降溫速率40±20 K/s)方式獲得的PP夾克層樣條具備最高的平均屈服強(qiáng)度,且平均斷裂延伸率達(dá)到了510%。

圖4 冷卻速率對PP夾克料屈服強(qiáng)度和延伸率的影響Fig.4 Influence of cooling rate on tensile yield strength and elongation of PP top layer

通過差示掃描量熱儀(DSC)對不同降溫速率的PP夾克層試樣進(jìn)行測試,從得到的DSC結(jié)晶熔融曲線(圖5)可以發(fā)現(xiàn),隨著降溫速率的增大,PP夾克層試樣的結(jié)晶熔點(diǎn)Tm也相應(yīng)提高,分別為176.93 ℃(緩冷)、177.36 ℃(空冷)和178.53 ℃(水冷)。對熔融峰面積進(jìn)行積分,得到的對應(yīng)試樣結(jié)晶熔融熱焓ΔH(圖5內(nèi)嵌圖)顯示,緩冷試樣 (69.64 J/g)>空冷試樣 (68.99 J/g)>水冷試樣 (62.88 J/g),表明隨著降溫速率的增大,PP夾克料試樣的結(jié)晶度下降,以ΔH0=170 J/g[12]作為完全結(jié)晶PP的結(jié)晶熔融熱焓,可以計(jì)算得到緩冷、空冷和水冷條件下獲得的PP夾克料試樣結(jié)晶度分別為40.98 %,40.58 %和36.99 %。

圖5 不同冷卻速率PP試樣的DSC譜圖及結(jié)晶熱焓Fig.5 Differential scanning calorimetry (DSC) spectroscopy and the corresponding crystallization enthalpy of PP samples with different cooling rates

對比不同降溫速率PP夾克層試樣的 X 射線衍射(XRD)譜圖(圖6),可以發(fā)現(xiàn)所有試樣均呈單斜α晶相,在2θ= 14.1°、16.9°、18.6°、21.2°、21.9°、27.4°和28.7°處呈現(xiàn)明顯的衍射峰,分別對應(yīng)α晶相的(110)、(040)、(130)、(111)、(131)、(141)和(220)晶面[12,14];且降溫速率越慢,試樣的衍射峰越尖銳而明顯,這與前述DSC測試所得到的結(jié)晶度高低排序相吻合,降溫速率最快的水冷試樣衍射峰強(qiáng)度相對最弱,在21.2°處的(111)晶面衍射峰與21.9°處的(131)晶面衍射峰幾乎完全重合,表明水冷試樣中可能存在少量高度無序的近晶相結(jié)構(gòu)[12]。

圖6 不同冷卻速率PP試樣的XRD曲線Fig.6 XRD curves of PP samples with different cooling rates

根據(jù)Scherrer公式和XRD曲線計(jì)算不同熔融冷卻速率下PP試樣主要3個(gè)晶面法向的晶粒尺寸(Dhkl),結(jié)果如圖7。其中(110)晶面法向的晶粒尺寸受降溫速率的影響不大,均在13 nm左右,而(040)晶面和(130)晶面法向的晶粒尺寸隨降溫速率的提升,晶粒尺寸有不同程度的下降,其中D040在緩冷條件下為19 nm,空冷條件下降至18 nm,水冷條件進(jìn)一步下降至17 nm,D130在緩冷和空冷條件下為18 nm,水冷條件下則降低至13 nm。根據(jù)上述結(jié)果計(jì)算得到緩冷、空冷和水冷三種條件下PP夾克料試樣的晶粒平均尺寸分別為16.7、16.3 和14.3 nm,表明降溫速率對試樣的晶粒大小作用明顯。

將PP夾克層試樣在三種不同熔融冷卻速率條件下的力學(xué)性能變化與對應(yīng)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化聯(lián)系起來,PP夾克層的屈服強(qiáng)度和斷裂延伸率主要取決于PP的結(jié)晶度。在緩冷和空冷條件下PP分子的結(jié)晶時(shí)間相對較充裕,因此試樣的結(jié)晶度差異較小,對應(yīng)PP夾克層試樣的屈服強(qiáng)度和斷裂延伸率的變化不明顯,但由于較高的結(jié)晶度,PP分子鏈排列緊密,活動的空間較小,這可能是導(dǎo)致斷裂延伸率下降的主要因素。而水冷PP試樣,由于快速的冷卻過程,PP分子的結(jié)晶時(shí)間大幅縮短,結(jié)晶度較緩冷和空冷試樣降低近10%,分子鏈活動空間更寬裕,因而斷裂延伸率明顯提升,此外水冷試樣相對更小的晶粒尺寸,具有更高的晶面結(jié)合強(qiáng)度,裂紋沿小尺寸晶粒界面擴(kuò)張消耗的能量也較高,也是屈服強(qiáng)度和斷裂延伸率提高的可能因素[11]。

圖7 不同冷卻速率PP試樣各晶面法向的晶粒尺寸Fig.7 Grain sizes of PP samples with different cooling rates

通過試驗(yàn)驗(yàn)證和分析明確了冷卻方式與PP夾克料組織結(jié)構(gòu)和性能間的構(gòu)效關(guān)系,為確保3PP鋼管產(chǎn)品的順利試制,在試制前對產(chǎn)線的冷卻工段的噴淋、布簾布置和水冷量進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化,確保實(shí)施過程中水量足夠使PP防腐層和鋼管得到快速冷卻。

4 工業(yè)試制

4.1 制造工藝流程

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,對3PP涂裝過程的核心工藝管控要點(diǎn)進(jìn)行梳理和輸出,并在φ813 mm×11.9 mm(單位長度管重Pm=76 kg/m)的大口徑UOE鋼管表面進(jìn)行了3PP防腐涂層產(chǎn)品的大生產(chǎn)試制,生產(chǎn)工藝流程如圖8所示。

圖8 3PP管線管涂層產(chǎn)品生產(chǎn)流程Fig.8 Manufacturing process of 3PP steel pipe

4.2 試制性能

工業(yè)試制過程全部采用新磨料和酸洗液,經(jīng)拋丸和清洗的鋼管表面清潔度和錨紋深度滿足ISO 8501、ISO 8502和ISO 8503等標(biāo)準(zhǔn)要求。試制過程中鋼管的前進(jìn)速度保持在1.2±0.1 m/min,根據(jù)ISO 21809關(guān)于單位長度管重(Pm)和防腐涂層厚度的要求,3PP管線管總涂層的厚度包括焊縫位置需達(dá)到1.8～2.8 mm,在試驗(yàn)管上采用分段涂敷的方式分別確認(rèn)噴涂的FEB層和熔融擠出纏繞的PP膠黏劑及PP夾克層的膜層厚度(圖9(b)),具體各層的目標(biāo)厚度和實(shí)測值如表2。

圖9 3PP管線管涂層試制產(chǎn)品和分段涂敷的試驗(yàn)管Fig.9 Trial production of 3PP steel pipe and part-coated trial pipe

表2 3PP管線管各防腐層厚度Table 2 The coating thicknesses of 3PP steel pipe μm

3PP管線管試制產(chǎn)品的涂層色澤均勻,表面平整,無暗泡、針孔、麻點(diǎn)、皺褶、裂紋劃傷及其他不規(guī)則的表面缺陷(圖9(a))。通過25 kV高壓電火花檢漏儀對旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的3PP管線管試制產(chǎn)品進(jìn)行漏點(diǎn)檢測,沒有漏點(diǎn)檢出。在23 和90 ℃的剝離強(qiáng)度分別達(dá)到47 N/mm和6 N/mm,且剝離方式為內(nèi)聚破壞,鋼管表面與FBE層未發(fā)生剝離。管端預(yù)留150±10 mm寬度,使用端頭打磨設(shè)備對管端涂層進(jìn)行打磨,使端面涂層倒角≤30°,目視端部3PP防腐層無剝離和翹起情況。

在3PP管線管試制產(chǎn)品的N端、S端和M端分別冷切割尺寸為450～500 mm見方的樣塊各2塊進(jìn)行陰極剝離測試(圖10)。結(jié)果表明,整根試制管各段涂層與鋼管基材間的附著力良好,三種測試條件下的抗陰極剝離性能均滿足ISO 21809對3PP管線管產(chǎn)品的要求,與前期實(shí)驗(yàn)室評估結(jié)果相吻合。因此,通過FBE底粉選型和鋼管前處理工藝的優(yōu)化調(diào)整是保證3PP管線管產(chǎn)品涂層附著和長效服役性能的重要手段。

圖10 3PP管線管涂層試制產(chǎn)品的耐陰極剝離測試Fig.10 Cathodic disbondment resistance of 3PP steel pipe trial product

在分段涂敷的試驗(yàn)管表面裁取尺寸為>0.5 mm×0.5 mm的PP夾克層樣片,進(jìn)行力學(xué)性能測試評估,結(jié)果如表3所示。試制管PP夾克層的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率及表面硬度等性能均滿足ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)對3PP管線管產(chǎn)品夾克層的要求,表明在實(shí)際3PP管線管產(chǎn)品的涂裝生產(chǎn)過程中,采用經(jīng)優(yōu)化的冷卻工藝是保證3PP管線管產(chǎn)品性能的必要手段。

表3 PP夾克層力學(xué)性能測試Table 3 Themechanical property of PP top coat

5 結(jié)論

(1) 在鋼管涂裝前處理過程中適當(dāng)提高酸洗液的濃度,可以提升FBE底粉的耐高溫陰極剝離性能,10% 濃度酸液處理的三款FBE相比于工業(yè)純水漂洗對照樣,在90 ℃、-1.5 V、28 d測試條件下的平均陰極剝離半徑分別降低了21.9 % 、7.6 %和29.1 %。

(2) PP的熔融冷卻速率是控制PP夾克層力學(xué)性能的關(guān)鍵影響因素,三種實(shí)驗(yàn)室模擬降溫方式,僅水冷方式的PP夾克料斷裂延伸率滿足>400 %的標(biāo)準(zhǔn)要求,采用快速水冷方式冷卻的PP夾克料結(jié)晶度和平均晶粒尺寸較緩冷對照樣分別降低10%和14%。

(3) 寶鋼工業(yè)試制結(jié)果表明,通過試驗(yàn)研究優(yōu)化現(xiàn)場工序段的來料檢測、鋼管表面前處理和水冷控制工藝等關(guān)鍵工藝參數(shù),最終使3PP管線管產(chǎn)品滿足ISO 21809標(biāo)準(zhǔn)要求。