表面狀態對304不銹鋼/20鋼雙金屬復合管耐腐蝕性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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隨著能源需求的日益增長，油氣田開采逐漸向深井、高腐蝕環境延伸。目前，高腐蝕性油氣田在開采作業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，其余部分作結構支撐，這樣造成了資源的極大浪費。為了降低成本，延長管道的使用壽命，國內外學者針對高H2S/CO2/Cl-氣田的嚴重腐蝕問題開展了多年研究。結果表明，使用耐蝕合金復合管是解決管道腐蝕問題相對安全和經濟的途徑之一。本研究選用最具有代表性的304不銹鋼/20鋼機械式復合管作為研究對象，對比研究304不銹鋼內襯管經過塑性加工、拋光處理前后在含Cl-溶液中的電化學腐蝕行為。
試驗選用304不銹鋼/20鋼雙金屬復合管，其化學成分見表1：
表1 試驗用雙金屬復合管的化學成分（ω，%）
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鋼種
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Mo
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304不銹鋼
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0.03
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0.34
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1.89
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0.025
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0.032
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16.54
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11.24
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1.62
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20鋼
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0.21
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0.37
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0.44
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0.029
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0.03
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0.25
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0.21
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0.21
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將試驗用供應態（未塑性加工）與經歷了復合變形的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，用來導通電路，另一面作為工作面，其余部分均用環氧樹脂密封。
拋光處理時，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。試驗用溶液為NaCl，所用試驗儀器見表2：
表2 試驗用儀器
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名稱
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型號
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生產廠家
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電化學工作站
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PARSTAT 2273
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美國普林斯頓應用研究
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電子天平
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HX-T
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慈溪市天東衡器廠
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金相試樣拋光機
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P-2
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萊州市蔚儀實驗器械制造有限公司
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試驗采用極化曲線測試方法，通過穩態極化曲線形狀、斜率及極化曲線的位置，可以研究腐蝕過程的電化學行為特性及陰極和陽極反應的控制特征等。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軟件的計算機連接，設置動電位掃描范圍為-1～+1.6V，掃描速率為50mV/min，測定在0.08mol/L的Cl-腐蝕介質中的極化曲線。
通過對比研究了304不銹鋼/20鋼機械式復合管經過塑性加工、拋光處理后，在Cl-溶液中的腐蝕過程和耐腐蝕測試結果，得到如下結論：
（1）未拋光處理的304不銹鋼，在0.08mol/L的中性Cl-腐蝕介質中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負移，腐蝕電流大幅增加，腐蝕加劇。這源于塑性加工產生了晶格變形與殘余應力等因素，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-腐蝕介質中腐蝕，塑性加工后自腐蝕電位負移，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-腐蝕介質中的動電位極化曲線表明，表面粗糙度越小，金屬的耐腐蝕性越好。