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        近中性模擬土壤介質中X80鋼的電化學行為研究

        2015-08-27 00:31:50陳健飛陳麗娜劉海波彭勝利
        機電信息 2015年33期
        關鍵詞:焊縫

        陳健飛 陳麗娜 劉海波 彭勝利

        (中石化勝利油田技術檢測中心,山東 東營257000)

        0 引言

        管線運輸是長距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟、合理的運輸方式。隨著全球能源結構的優(yōu)化調整,石油天然氣的需求增加,促進了管線工程的迅速發(fā)展,長輸管線向高強度、大口徑發(fā)展[1]。管線鋼土壤環(huán)境中的應力腐蝕開裂(SCC)一直備受關注,國內外專家學者在實驗室中對管線鋼的SCC問題進行了一系列研究。一般認為在土壤介質中所發(fā)生的應力腐蝕分為兩種,一種為高pH介質中的應力腐蝕開裂;另一種為近中性土壤介質的應力腐蝕現(xiàn)象,1985年最早發(fā)現(xiàn)于加拿大,最近20年在管道脫落涂層下發(fā)現(xiàn)幾例穿晶應力腐蝕開裂事故(TGSCC)[2-5]。管線鋼的應力腐蝕開裂發(fā)生在一定的電位范圍內,與管線鋼在特定介質中的電化學行為密不可分。本文對X80鋼焊接接頭的基體、焊縫、熱影響區(qū)在近中性模擬土壤介質NS4溶液中的陽極極化曲線進行了測定,為認識應力腐蝕斷裂機理提供了電化學依據(jù)。

        1 實驗材料及方法

        實驗用材取自寶鋼生產(chǎn)的 1 016×18.4的X80管線鋼。實驗樣品為直徑25mm、厚度2.5mm的圓片,用環(huán)氧樹脂鑲嵌做成電極,試樣暴露面積為1mm2。依次用200#、400#、600#、800#、1 000#砂紙研磨后,用4%的硝酸酒精溶液腐蝕,分別觀察母材、熱影響區(qū)和焊縫的金相組織,然后清洗備用。參比電極采用飽和甘汞電極,輔助電極用Pt片。

        先把電極浸入溶液中,待自腐蝕電位基本穩(wěn)定后,測量自腐蝕電位(Ecorr)。而后在E=-1.5V下陰極除膜5min,然后分別以0.3mV/s、0.5mV/s、0.166mV/s的掃描速度由陰極向陽極進行動電位掃描。

        采用NS4溶液在實驗室內模擬近中性pH土壤介質,用醋酸調節(jié)溶液的pH 值,分別測試pH=7.1、6.9、6.5的極化曲線,實驗前通N2預除氧0.5h以上。

        2 結果與討論

        (1)X80鋼及焊縫在不同掃描速度下的極化曲線和電化學參數(shù)如圖1、表1所示。

        (2)母材和焊縫在不同pH值下的極化曲線和電化學參數(shù)如圖2、表2所示。

        從圖2、表2中可以看出,隨著pH值降低,母材與焊縫的自腐蝕電位和腐蝕電流密度相應地均有所升高,這說明pH值降低會增大腐蝕速率;從表2中可以看出,相同pH值下,母材與焊縫的自腐蝕電位和腐蝕電流密度相差不大,由此可以推斷在NS4溶液中,X80鋼的母材與焊縫區(qū)耐腐蝕性十分接近。

        圖1 母材和焊縫在三個掃描速度下的極化曲線

        表1 母材和焊縫在不同掃描速度下的電化學參數(shù)表

        圖2 不同pH值的NS4溶液中母材和焊縫的極化曲線

        表2 母材和焊縫在不同pH值下的電化學參數(shù)表

        3 結果分析

        3.1 金相組織對電化學行為的影響

        X80鋼的組織形態(tài)影響著其電化學行為。金相顯微鏡上觀察了X80管線鋼焊接接頭焊縫、熱影響區(qū)和母材三個不同區(qū)域的顯微組織,如圖3所示,腐蝕試劑為4%硝酸酒精溶液。由圖3(a)可以看出,母材的組織為針狀鐵素體+下貝氏體,晶粒細小、均勻,組織處于平衡狀態(tài)。圖3(b)為焊縫組織,金屬處于局部熔化狀態(tài),晶粒較母材粗大。從表1和表2中可以得到母材與焊縫的腐蝕電流相差較小,說明X80鋼在采用合適的焊接工藝與焊接規(guī)范的情況下,焊縫與母材同樣具有較強的耐蝕性能。

        3.2 掃描速度對X80鋼焊接接頭電化學行為的影響

        圖3 焊接接頭的金相顯微組織(400×)

        圖1是在0.166mV/s、0.3mV/s和0.5mV/s的掃描速度下對母材和焊縫進行掃描的結果,從圖1和表1中均可看出隨著掃描速度升高,曲線變化不大,0.166mV/s是比較符合實際的。從表1中可看出,母材與焊縫的自腐蝕電位和腐蝕電流密度相差不大;在圖1中,兩條曲線十分接近。由此可以推斷在NS4溶液中,X80鋼的母材與焊縫區(qū)耐腐蝕性十分相似。

        3.3 pH值對X80鋼焊接接頭電化學行為的影響

        從圖2和表2中可以看出,隨著pH值降低,母材與焊縫的自腐蝕電位和腐蝕電流密度相應有所升高,這說明pH值降低會增大腐蝕速率。從表2中可以看出,相同pH值下,母材與焊縫的自腐蝕電位和腐蝕電流密度相差不大,由此可以推斷在NS4溶液中,X80鋼的母材與焊縫區(qū)耐腐蝕性十分接近。

        4 結論

        (1)在NS4溶液中,X80鋼的母材與焊縫區(qū)耐腐蝕性十分接近。用醋酸調節(jié)溶液pH值可得,隨著pH值升高,X80鋼的母材與焊縫區(qū)腐蝕速率相應下降。

        (2)由于自腐蝕電位越低,說明活性越大,所以比較X80管線鋼在近中性溶液和高pH值溶液中的自腐蝕電位即可得出:X80管線鋼在近中性溶液中的活性大,更易產(chǎn)生活性溶解。

        [1]莊傳晶,馮耀榮,霍春勇,等.國內X80級管線鋼的發(fā)展及今后的研究方向[J].焊管,2005,28(2):10-14.

        [2]郭浩,蔡珣,楊武.影響管線鋼應力腐蝕破裂的力學和材料因素[J].機械工程材料,2002,26(4):1-5,11.

        [3]Jia Y Z,Wang J Q,Han E H,et al.Stress Corrosion Cracking of X80Pipeline Steel in Near-Neutral pH Environment under Constant Load Tests with and without Preload[J].Journal of Materials Science & Technology,2011,27(11):1039-1046.

        [4]李明星,王榮,白真權.X70管線鋼在模擬近中性土壤介質中的電化學特性[J].腐蝕科學與防護技術,2004,16(1):17-20.

        [5]郭浩,李光福,蔡珣,等.X70管線鋼在不同溫度近中性pH溶液中的應力腐蝕破裂行為[J].金屬學報,2004,40(9):967-971.

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