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表面狀態(tài)對304不銹鋼/20鋼雙金屬復(fù)合管耐腐蝕性能的影響

2015-9-17 8:54:40      點(diǎn)擊：

隨著能源需求的日益增長，油氣田開采逐漸向深井、高腐蝕環(huán)境延伸。目前，高腐蝕性油氣田在開采作業(yè)和油氣輸送中普遍采用耐蝕合金甚至鎳基合金管道。然而，普通耐蝕管材中用作耐腐蝕的部分僅占1/3左右，其余部分作結(jié)構(gòu)支撐，這樣造成了資源的極大浪費(fèi)。為了降低成本，延長管道的使用壽命，國內(nèi)外學(xué)者針對高H2S/CO2/Cl-氣田的嚴(yán)重腐蝕問題開展了多年研究。結(jié)果表明，使用耐蝕合金復(fù)合管是解決管道腐蝕問題相對安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一。本研究選用最具有代表性的304不銹鋼/20鋼機(jī)械式復(fù)合管作為研究對象，對比研究304不銹鋼內(nèi)襯管經(jīng)過塑性加工、拋光處理前后在含Cl-溶液中的電化學(xué)腐蝕行為。
試驗(yàn)選用304不銹鋼/20鋼雙金屬復(fù)合管，其化學(xué)成分見表1：
表1 試驗(yàn)用雙金屬復(fù)合管的化學(xué)成分（ω，%）              
鋼種
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
304不銹鋼
0.03
0.34
1.89
0.025
0.032
16.54
11.24
1.62
20鋼
0.21
0.37
0.44
0.029
0.03
0.25
0.21
0.21
 
將試驗(yàn)用供應(yīng)態(tài)（未塑性加工）與經(jīng)歷了復(fù)合變形的304不銹鋼，以及拋光處理前后的304不銹鋼試件加工成工作面積為1cm2的電極。電極的一端與銅線焊接，用來導(dǎo)通電路，另一面作為工作面，其余部分均用環(huán)氧樹脂密封。
拋光處理時(shí)，電極的工作面依次用400#、800#、1200#和2000#砂紙逐級打磨，然后用金相試樣拋光機(jī)打磨成鏡面，再用去離子水清洗，放置到裝有去離子水的燒杯中保存待用。試驗(yàn)用溶液為NaCl，所用試驗(yàn)儀器見表2：
表2 試驗(yàn)用儀器
名稱
型號
生產(chǎn)廠家
電化學(xué)工作站
PARSTAT 2273
美國普林斯頓應(yīng)用研究
電子天平
HX-T
慈溪市天東衡器廠
金相試樣拋光機(jī)
P-2
萊州市蔚儀實(shí)驗(yàn)器械制造有限公司
 
試驗(yàn)采用極化曲線測試方法，通過穩(wěn)態(tài)極化曲線形狀、斜率及極化曲線的位置，可以研究腐蝕過程的電化學(xué)行為特性及陰極和陽極反應(yīng)的控制特征等。在三電極體系中加入NaCl溶液400mL，安裝好工作電極，并與裝有腐蝕測量系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)連接，設(shè)置動(dòng)電位掃描范圍為-1～+1.6V，掃描速率為50mV/min，測定在0.08mol/L的Cl-腐蝕介質(zhì)中的極化曲線。
通過對比研究了304不銹鋼/20鋼機(jī)械式復(fù)合管經(jīng)過塑性加工、拋光處理后，在Cl-溶液中的腐蝕過程和耐腐蝕測試結(jié)果，得到如下結(jié)論：
（1）未拋光處理的304不銹鋼，在0.08mol/L的中性Cl-腐蝕介質(zhì)中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕電流大幅增加，腐蝕加劇。這源于塑性加工產(chǎn)生了晶格變形與殘余應(yīng)力等因素，促使了金屬的腐蝕。
（2）拋光處理的304不銹鋼，在0.08mol/L的中性Cl-腐蝕介質(zhì)中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕電流變大，但是相對變化很小。可見，通過改善表面加工質(zhì)量可以使304不銹鋼的耐腐蝕性能大為提高。
（3）不同表面粗糙度試樣在0.08mol/L的中性Cl-腐蝕介質(zhì)中的動(dòng)電位極化曲線表明，表面粗糙度越小，金屬的耐腐蝕性越好。