x80管线钢在力电化学耦合作用下co2腐蚀行为的研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Cheng ； ＜认为在HCO）7CO32-环境中$1"0管线 钢在较小的拉应力下， 由于表面碳酸盐腐蚀产物 膜的生成,可抑制C1-的渗透作用，降低材料的腐 蚀速率%6&（Zhang B等讨论了拉应力作用下180管 线钢在模拟酸性溶液中的电化学行为，结果表明 拉应力的增大会使钢材表面反应活性点增多 ，加
采用动电位极化和电化学阻抗谱技术 (？IS $ 测试材料腐蚀特性& 其中!动电位极化的扫描速 率为0.5d8/s (慢扫$!扫描电位范围为-0.2〜0.28 (相对于开路电位$! 来得到测试系统的极化曲 线&
曹楚南提出在相对于开路电位±50〜±100d8 的弱极化电位下可分别进行阳极和阴极 ?GS 测 试! 并可通过弱极化区阻抗谱分析解释相关金属 腐蚀机理(,)& 因此! 本研究中! ?GS 测试*测试频率 为 100 000〜0.01KL! 交流扰动电压幅值为 10D8$
快阳极反应速率，对腐蚀有促进作用，但是随着 拉应力的增大也会促进钢材表面腐蚀产物膜产 生，阻碍电化学过程%"&（这些研究大多集中在弹性 应力范围， 对塑性应力和环境介质共同作用下 180管线钢的腐蚀问题缺乏进一步研究（ 因此， 笔者针对典型的管线钢材180钢，采用动电位极 化和电化学阻抗谱技术， 分析比较 180 管线钢在 弹性和塑性拉伸载荷作用下,CO&分压和C1-质量 分数对其电化学腐蚀行为的影响（ ! 试验 !"! 试验材料
此外，塑性应力状态下 180钢的腐蚀速率明显高于弹性应力状态下的值，原因是塑性应力提高了金属表
面的 电化学反应 活性%
关键词 180 管线钢 外加载荷作用 电化学腐蚀 力 电化学耦合 动电位极化 电化学阻抗谱
中图分类号 NO050.PQ#
文献标识码 R
文章编号 025!#60P!（2020$0##002##0"
图 ( 力电化学耦合腐蚀试验装置简图
!"$ 测试方法 试验前! 溶液 被 充分通入 .! 除去其中 的 氧
气! 将 .! 和 #C! 气体按不同比例混合后通入腐 蚀溶液来控制 #C! 分压& 试验时取 #C! 分压比为 "$""'"$!0'"$0"'"$%0'($""! 总的 压 力 为 ($""=AD "(=ADE("($;;F-=$&
第 !" 卷 第 # 期
化工机械
&#
Байду номын сангаас
#$% 管线钢在力电化学耦合作用下 &'（ 腐蚀行为的研究
武 玮 ! 淡 勇 ! 滕海鹏! 刘姣姣 ! 张 浩 " 赵恒锐 "
!#g西北大学化工学院;2.西安交通大学化工学院#
摘 要 以典型的管线钢材料 1C? 钢为对象!采用动 电位极化和 电化学阻抗 谱技术!研究 了在弹性拉 伸
在正常运行的天然气长输管道的某些部位 !如管道的低洼处"拐角处或倾斜上升管段中#极 有 可 能 产生积 液 $ 而天 然 气中 的腐 蚀成分 !如
CO&"C1-等 #会溶于积液中，形成酸性腐蚀环境，导 致管道内壁发生电化学腐蚀%#!3&' 另一方面$ 管道 在实际运行中 ， 需承 受外 加载荷作 用 ， 如输 气 压 力和周围土壤带来的环向应力和轴向应力%!&， 在
这些载荷和电化学腐蚀的耦合作用下， 管道的损 伤程度与非受载情况下的相比有很大不同（
国内外学者对管道材料在载荷和电化学共 同作用下的腐蚀问题已开展了研究（ *+,-. / 0
等通过研究认为无论是残余应力还是外加应力 都会加速 165 管线钢在近中 性 45! 模拟溶液中 的腐蚀过程，促进腐蚀坑的形成%5&（ 67 8 C 和
在相对于开路电位10d8和-60d8的弱极化电 位下进行! 分别用来研究弹性和塑性拉应力作用 下阳极和阴极的反应特征&
# 结果与讨论 #"! #C2 分压的影响
图 2 为 ;.5B.=#4 溶液中不同 #C2 分压下!
受拉伸应力作用的 >,0 管线钢的极化曲线& 通过 2=N:4 拟合! 得到 >,0 管线钢的腐蚀速率曲线*图
;$& 由图 ; 可以看出! 无论是在弹性还是塑性应 力状态!>,0 管线钢的腐蚀速率都随着 #C2 分压 的增大先增大! 在 0.%5=AD #C2 分压下略有减小!
随之继续增大& 造成这一现象的原因可能是随着 #C2 分压的增大!一方面会加快腐蚀速率!另一方 面也会加快 9:#C; 的生成! 促进腐蚀产物膜的形
应力（60%!”）和塑性拉伸应力（#08%!”$状态下!不同$%2分压和$'L质量分数对材料腐蚀的影响规律%
结果表明：受拉伸应力作用的180钢腐蚀速率随$%&分压的增大而增大，但并非单纯正相关关系'随$'M
质量分数的增大，呈现先升高后降低的规律，当Cl（质量分数为3.5%时,180钢的腐蚀速率达到最大值%
基金项目!国家自然科学基金项目!51605368"215"6224#（
作者简介:武玮（#983-）,讲师，从事能源化工装备腐蚀防护与安全评价工作$ wuwei@
!!
化工机械
!"!" 年
表 ( >," 管线钢主要化学成分
@AB
元素
C
S'
*+
-
Nb
2'
34
Mo
N'
Cu
Cr
S
V
F：
实测值 0.070 0.190 1.820 0.010 0.056 0.012 0.028 0.100 0.170 0.020 0.026 0.02； 0.002 <=4.
试验所用的 180管线钢是由河北巨龙钢管有 限公司生产的直缝埋弧焊钢管上经线切割得到 的，没经过塑性变形加工处理，主要化学成分见表 1。该钢材的屈服强度和抗拉强度分别为640MPa 和 "!38Da， 被加工成为片状拉伸试样， 样品表面 单侧留出 #0EF"5EF 的工作面， 其余部分用硅橡
胶封装（试验前，工作面先用180号至1500号57C 砂纸打磨， 经抛光机抛光后，再用去离子水和无水 乙醇将试样表面洗净， 吹干后放入干燥箱备用（
!"# 试验装置 力电化学耦合腐蚀试验装置如图 ( 所示 !测
试系统采用经典三电极体系!其中 >," 管线钢试
样为工作电极!饱和甘汞电极为参比电极"&#?#!
铂电极为辅助电极"后文中提到的所有电位均相 对于 &#? 而言$% 电解池为玻璃树脂制作的腐蚀
槽!内槽安放 ; 个电极!外槽安放加热环!通 过水 浴来维持内槽温度恒定&
采用动电位极化和电化学阻抗谱技术 (？IS $ 测试材料腐蚀特性& 其中!动电位极化的扫描速 率为0.5d8/s (慢扫$!扫描电位范围为-0.2〜0.28 (相对于开路电位$! 来得到测试系统的极化曲 线&
曹楚南提出在相对于开路电位±50〜±100d8 的弱极化电位下可分别进行阳极和阴极 ?GS 测 试! 并可通过弱极化区阻抗谱分析解释相关金属 腐蚀机理(,)& 因此! 本研究中! ?GS 测试*测试频率 为 100 000〜0.01KL! 交流扰动电压幅值为 10D8$
快阳极反应速率，对腐蚀有促进作用，但是随着 拉应力的增大也会促进钢材表面腐蚀产物膜产 生，阻碍电化学过程%"&（这些研究大多集中在弹性 应力范围， 对塑性应力和环境介质共同作用下 180管线钢的腐蚀问题缺乏进一步研究（ 因此， 笔者针对典型的管线钢材180钢，采用动电位极 化和电化学阻抗谱技术， 分析比较 180 管线钢在 弹性和塑性拉伸载荷作用下,CO&分压和C1-质量 分数对其电化学腐蚀行为的影响（ ! 试验 !"! 试验材料
此外，塑性应力状态下 180钢的腐蚀速率明显高于弹性应力状态下的值，原因是塑性应力提高了金属表
面的 电化学反应 活性%
关键词 180 管线钢 外加载荷作用 电化学腐蚀 力 电化学耦合 动电位极化 电化学阻抗谱
中图分类号 NO050.PQ#
文献标识码 R
文章编号 025!#60P!（2020$0##002##0"
图 ( 力电化学耦合腐蚀试验装置简图
!"$ 测试方法 试验前! 溶液 被 充分通入 .! 除去其中 的 氧
气! 将 .! 和 #C! 气体按不同比例混合后通入腐 蚀溶液来控制 #C! 分压& 试验时取 #C! 分压比为 "$""'"$!0'"$0"'"$%0'($""! 总的 压 力 为 ($""=AD "(=ADE("($;;F-=$&
第 !" 卷 第 # 期
化工机械
&#
Байду номын сангаас
#$% 管线钢在力电化学耦合作用下 &'（ 腐蚀行为的研究
武 玮 ! 淡 勇 ! 滕海鹏! 刘姣姣 ! 张 浩 " 赵恒锐 "
!#g西北大学化工学院;2.西安交通大学化工学院#
摘 要 以典型的管线钢材料 1C? 钢为对象!采用动 电位极化和 电化学阻抗 谱技术!研究 了在弹性拉 伸
在正常运行的天然气长输管道的某些部位 !如管道的低洼处"拐角处或倾斜上升管段中#极 有 可 能 产生积 液 $ 而天 然 气中 的腐 蚀成分 !如
CO&"C1-等 #会溶于积液中，形成酸性腐蚀环境，导 致管道内壁发生电化学腐蚀%#!3&' 另一方面$ 管道 在实际运行中 ， 需承 受外 加载荷作 用 ， 如输 气 压 力和周围土壤带来的环向应力和轴向应力%!&， 在
这些载荷和电化学腐蚀的耦合作用下， 管道的损 伤程度与非受载情况下的相比有很大不同（
国内外学者对管道材料在载荷和电化学共 同作用下的腐蚀问题已开展了研究（ *+,-. / 0
等通过研究认为无论是残余应力还是外加应力 都会加速 165 管线钢在近中 性 45! 模拟溶液中 的腐蚀过程，促进腐蚀坑的形成%5&（ 67 8 C 和
在相对于开路电位10d8和-60d8的弱极化电 位下进行! 分别用来研究弹性和塑性拉应力作用 下阳极和阴极的反应特征&
# 结果与讨论 #"! #C2 分压的影响
图 2 为 ;.5B.=#4 溶液中不同 #C2 分压下!
受拉伸应力作用的 >,0 管线钢的极化曲线& 通过 2=N:4 拟合! 得到 >,0 管线钢的腐蚀速率曲线*图
;$& 由图 ; 可以看出! 无论是在弹性还是塑性应 力状态!>,0 管线钢的腐蚀速率都随着 #C2 分压 的增大先增大! 在 0.%5=AD #C2 分压下略有减小!
随之继续增大& 造成这一现象的原因可能是随着 #C2 分压的增大!一方面会加快腐蚀速率!另一方 面也会加快 9:#C; 的生成! 促进腐蚀产物膜的形
应力（60%!”）和塑性拉伸应力（#08%!”$状态下!不同$%2分压和$'L质量分数对材料腐蚀的影响规律%
结果表明：受拉伸应力作用的180钢腐蚀速率随$%&分压的增大而增大，但并非单纯正相关关系'随$'M
质量分数的增大，呈现先升高后降低的规律，当Cl（质量分数为3.5%时,180钢的腐蚀速率达到最大值%
基金项目!国家自然科学基金项目!51605368"215"6224#（
作者简介:武玮（#983-）,讲师，从事能源化工装备腐蚀防护与安全评价工作$ wuwei@
!!
化工机械
!"!" 年
表 ( >," 管线钢主要化学成分
@AB
元素
C
S'
*+
-
Nb
2'
34
Mo
N'
Cu
Cr
S
V
F：
实测值 0.070 0.190 1.820 0.010 0.056 0.012 0.028 0.100 0.170 0.020 0.026 0.02； 0.002 <=4.
试验所用的 180管线钢是由河北巨龙钢管有 限公司生产的直缝埋弧焊钢管上经线切割得到 的，没经过塑性变形加工处理，主要化学成分见表 1。该钢材的屈服强度和抗拉强度分别为640MPa 和 "!38Da， 被加工成为片状拉伸试样， 样品表面 单侧留出 #0EF"5EF 的工作面， 其余部分用硅橡
胶封装（试验前，工作面先用180号至1500号57C 砂纸打磨， 经抛光机抛光后，再用去离子水和无水 乙醇将试样表面洗净， 吹干后放入干燥箱备用（
!"# 试验装置 力电化学耦合腐蚀试验装置如图 ( 所示 !测
试系统采用经典三电极体系!其中 >," 管线钢试
样为工作电极!饱和甘汞电极为参比电极"&#?#!
铂电极为辅助电极"后文中提到的所有电位均相 对于 &#? 而言$% 电解池为玻璃树脂制作的腐蚀
槽!内槽安放 ; 个电极!外槽安放加热环!通 过水 浴来维持内槽温度恒定&