李 濤，付彥宏，楊瑋瑋，趙 波，張 紅，張麗娜，李國鵬

(渤海裝備研究院 輸送裝備分院，河北 青縣062658)

UNS N08825雙金屬復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雙金屬復合彎管在制管前后耐腐蝕性能的變化情況，對鋼板內覆層不銹鋼、雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼及焊縫分別進行了三氯化鐵點腐蝕試驗、晶間腐蝕敏感度的硝酸腐蝕試驗、硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗以及銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗。結果表明，UNS N08825雙金屬復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覆層不銹鋼及雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼的5倍，但符合技術條件的要求。

焊管；雙金屬復合管；彎管；UNS N08825；耐腐蝕

雙金屬復合板是由兩種或兩種以上的不同金屬材料復合而成，金屬復合材料技術可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)各組元材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約貴重金屬材料，實現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求。不銹鋼/碳鋼雙金屬復合管是20世紀后期發(fā)展起來的一種新型復合材料，由于它具有節(jié)約貴重金屬、良好的性價比等優(yōu)點，近年來在生產生活的各個領域得到了越來越廣泛的應用。

本研究結合直縫焊管及彎管生產線現(xiàn)狀，設計了雙金屬復合鋼管分層焊接工藝方案，完成了雙金屬復合彎管母管的成型和焊接，并使用預彎機、合縫機、擴徑機，采用先進的彎管煨制工藝及彎后回火熱處理，順利煨制出N08825雙金屬復合彎管。試制的彎管外觀良好，基層與內覆層間結合緊密，達到了預期試驗效果。

1 試驗材料及方法

試驗用雙金屬復合管的規(guī)格為Φ610mm×(22+3)mm，碳鋼基管為X70直縫埋弧焊管，內覆層為N08825不銹鋼，焊縫材質為N06625不銹鋼。在雙金屬復合鋼板上截取縱向試樣，在復合彎管的彎管段外弧側截取管樣，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，用線切割機切割不銹鋼復合層，使用120目砂紙打磨，并拋光至均勻的表面光潔度。

按照標準ASTM G48方法A對復合鋼板和復合彎管內覆層不銹鋼及焊縫試樣進行三氯化鐵點腐蝕試驗；按照ASTM A262方法E對3種試樣進行銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗；按照標準ASTM G28方法A對3種試樣進行硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗；按照標準ASTM A262方法C對復合鋼板和復合彎管內覆層不銹鋼進行晶間腐蝕敏感度的硝酸腐蝕試驗。通過以上試驗研究試樣在腐蝕前后彎曲面的變化情況。

2 試驗結果

2.1 三氯化鐵點腐蝕試驗

三氯化鐵點腐蝕試驗按照標準ASTM G48方法A進行。試驗溫度22±2℃，反應時間72h。對試驗后的3個試樣進行宏觀及20倍顯微檢測，試樣的6個表面均未發(fā)現(xiàn)麻點，試樣反應前后質量無變化，符合標準要求的試樣表面無點腐蝕，平均腐蝕速率不超過4g/m2的要求。說明焊縫抗點腐蝕性能與母材相當，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

硝酸腐蝕試驗按照標準ASTM GA262方法C進行。將試樣置于沸騰溶液中，每個周期反應時間為48h，共5個周期。復合鋼板內覆層試樣編號為HNO3-GB01，復合彎管內覆層試樣編號為HNO3-WG01，試樣尺寸90mm×20mm×2mm。

復合鋼板內覆層不銹鋼腐蝕前后組織形貌如圖1所示。由圖1可知，復合鋼板內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周期結束后，出現(xiàn)階梯組織，晶粒間呈臺階狀，但晶界無腐蝕溝；第4周期結束后，晶界出現(xiàn)腐蝕溝，但沒有晶粒被腐蝕溝包圍；第5周期結束后，晶粒被腐蝕溝包圍。

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

圖1 復合鋼板內覆層不銹鋼晶間腐蝕各周期顯微組織照片 500×

圖2 雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼晶間腐蝕各周期顯微組織照片 500×

硝酸腐蝕試驗結果見表1。從表1可知，試樣5個周期腐蝕速率的平均值均低于0.72mm/a，符合標準要求，制管前后無明顯變化。隨著反應周期的遞增，2個試樣的腐蝕速率整體上呈現(xiàn)遞增趨勢。

表1 試樣硝酸腐蝕試驗結果

2.3 硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗

硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗按照標準ASTM G28方法A進行。將試樣置于沸騰溶液中，反應時間120h。鋼板內覆層不銹鋼和雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼試樣的尺寸為40mm×20mm×2mm，編號分別為Fe2(SO4)3-GB01和Fe2(SO4)3-WG01；焊縫試樣尺寸為40mm×15mm×2mm，編號為Fe2(SO4)3-HF01。試驗結果見表2。從表2可知，試樣的腐蝕速率均符合標準要求，制管前后覆層腐蝕無明顯變化，焊縫的腐蝕速率相對較高。

表2 硫酸鐵-50％硫酸腐蝕試驗結果

鋼板內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)細小灰點，顯微組織變化明顯，出現(xiàn)階梯組織，晶粒間呈臺階狀。

雙金屬復合彎管內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)細小灰點，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 鋼板內覆層不銹鋼腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片

圖4 雙金屬復合彎管內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

晶間腐蝕敏感度的銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗按照標準ASTM A262方法E進行，試樣在沸騰溶液中的腐蝕時間為15h。鋼板內覆層不銹鋼、雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼試樣的尺寸為75mm×20mm×2mm，編號分別為CuSO4-GB01和CuSO4-WG01；焊縫試樣的尺寸75mm×15mm×2mm，編號為CuSO4-HF01。將腐蝕后的試樣用鉗子彎曲，與未進行腐蝕試驗的對比試樣進行比較分析。

圖5 焊縫腐蝕前后的宏觀和微觀組織照片

鋼板內覆層不銹鋼及對比試樣彎曲面的顯微照片如圖6所示。雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼及對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，鋼板內覆層和復合管彎管內覆層不銹鋼彎曲面的顯微組織都與其對比試樣形貌相似。

焊縫及對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比試樣相似，但是與鋼板內覆層和管體內覆層不銹鋼彎曲面形貌不同。

圖6 鋼板內覆層不銹鋼及對比試樣彎曲面的顯微照片

根據(jù)技術條件要求，從腐蝕反應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 合金內覆復合管技術規(guī)定》中去除銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗的原因。

圖7 雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼及對比試樣彎曲面的顯微照片

圖8 焊縫及對比試樣彎曲面的顯微照片

3 結 論

(1)三氯化鐵點腐蝕試驗表明，鋼板內覆層不銹鋼、雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼及焊縫試樣腐蝕反應前后質量無變化，且試樣表面無點腐蝕。

(2)硝酸晶間腐蝕試驗表明，鋼板內覆層不銹鋼、雙金屬復合彎管內覆層不銹鋼試樣經5個周期反應后的平均腐蝕速率均低于技術條件要求的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％硫酸腐蝕試驗表明，焊縫的腐蝕速率為鋼板及彎管的5倍，但均符合技術條件的要求；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合金內覆復合管技術規(guī)定》中去除銅-硫酸銅-16％硫酸腐蝕試驗的原因。

[1]晉軍輝.內覆不銹鋼/碳鋼雙金屬管內壓擴散復合的研究[D].大連：大連交通大學，2004.

[2]孫育祿，白真權，張國超，等.油氣田防腐用雙金屬復合管研究現(xiàn)狀[J].全面腐蝕控制，2011，25(5)：10-12.

[3]陳杰.UNS N08825管材成品晶間腐蝕的探討[J].特鋼技術，2014(1)：23-26.

[4]TTP-00000-ME-ETR-0002，UNS N08825 雙金屬復合彎管技術規(guī)定[S].

[5]ASTM G48—2011，Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Relalated Alloys by Use of Ferric Chloride Solution[S].

[6]ASTM A262—2015，Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels[S].

[7]ASTM G28—2008，Standard Test Methods for Detecting SusceptibilitytoIntergranularCorrosioninWrought,Nickel-Rich,Chromium-Bearing Alloys[S].

[8]田曉軍，王鵬，張罡，等.不銹鋼復合板焊接接頭晶間腐蝕失效分析[J].壓力容器，2012，29(3)：65-70.

[9]李科，曹曉燕，李星，等.含硫氣田用國產與進口UNS N08825合金耐腐蝕性能對比研究[J].化學工程與裝備，2016(2)：86-92.

[10]TTP-00000-MA-ETR-0004，UNS N08825 合金內覆復合管技術規(guī)定[S].

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)于四川大學化學工藝專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事石油輸送鋼管材料的開發(fā)與試驗等工作。

2016-04-06

李 超