P110管线钢在腐蚀磨损交互作用下的服役情况.doc

2 （1）浸泡试验 首先采用线切割的方法将试样切割成10×10×15mm的试样，用60#～800#砂纸依次对试样进行打磨；接着用去离子水和丙酮对试样进行清洗，用失重法测试不同Cl-浓度下腐蚀磨损速率Vcw，静态腐蚀速率Vcor，及干磨损速率Vwear，研究Cl-浓度对P110钢腐蚀磨损的影响，通过电化学及形貌法研究腐蚀机理。 4～1415~25天时，容器底部产物持续增多，溶液浑浊度有所减轻。试样表面比较光洁，附着物明显减少。 为了对浸泡的腐蚀产物进行分析，对其进行了扫描电镜观察。图2为试样浸泡4天、14天、18天和25天时的腐蚀形貌。由图可见，腐蚀初期，试样表面腐蚀产物量较少，以雪花状覆于试样表面。随着时间的推移，腐蚀产物层明显增多，变厚，基体被覆盖的部分大大增多。时间继续延长，腐蚀产物密集的覆盖了试样表面，说明腐蚀时间增加，腐蚀产物的量也随之而增加。在第4天的腐蚀产物形貌中，可以看到黑色部分上出现方向一致的斜线，即砂纸打磨留下的划痕，说明腐蚀初期腐蚀的程度不深。第14天时试样表面划痕消失，说明腐蚀加重，划痕所在的高度已经全部被腐蚀。18天时，腐蚀产物明显增多，并且高度增加，说明腐蚀产物积累，但中间也有不少空洞，说明腐蚀产物不是非常致密。至第25天时，腐蚀产物变得更加大块、致密，腐蚀产物表面出现了规整的结晶状。同时发现在腐蚀产物膜底部存在微裂纹。 图2 试样浸泡不同时间段的腐蚀形貌 (a) 浸泡4天(b) 浸泡14天(c) 浸泡18天(d) 浸泡25天 2.2.1.2腐蚀形貌分析 图3给出了不同腐蚀时间段试样的腐蚀形貌。由图可知，在随着腐蚀时间的增长，腐蚀的程度越来越严重，腐蚀4天时在试样表面依然可以观察到砂纸打磨的划痕。当腐蚀进行18天时，在试样表面出现了腐蚀所形成的沟壑，腐蚀形式为均匀腐蚀。在腐蚀进行到25天时，试样表面因腐蚀所形成的沟壑加深。腐蚀形式依旧为均匀腐蚀。但局部区域存在晶粒脱落的现象。这与腐蚀产物形貌的变化相一致。 图3 不腐蚀时间段试样的腐蚀形貌分析 (a) 腐蚀4天(b) 腐蚀18天(c) 腐蚀25天 2.2.1.3 腐蚀速率分析 表给出了不同腐蚀时间段的试样的失重量，并依据下述公式对试样的腐蚀速率进行计算，并将结果列入表中随着腐蚀时间的推移，试样的腐蚀速率明显减慢，说明腐蚀产物膜的生成阻碍了腐蚀的进行，对基体有一定的保护作用。 式中，CR——腐蚀速率，mm/a,即毫米每年 W——失去的质量，g ρ—样品的密度，g/cm2 表3 试样在不同腐蚀时间的失重速率 腐蚀前 （g） 腐蚀后 (g) 质量差 (g) 腐蚀速率 (g/mm2h) 4天 6.7063 6.7022 0.0041 6.42×10-418天 6.7175 6.7113 0.0062 1.78×10-425天 6.7067 6.7004 0.0063 1.56×10-4钢-0.3~+0.6V（相对于开路电位），扫描速率0.5mv/s。EIS的测量参数为：测试频率范围：10Hz-1MHz ；恒电位仪槽压±100V；极化电流±2A，可扩展至±20A；最小电位步长2.5V；电流分辨率1.2f；A输入阻抗1013 ；上升时间20s；最小电流量程：40pAZsimpwin软件进行拟合。 2.2.1.4.1 溶液浓度对铜合金腐蚀性能的影响 图4是研究试样在不同浓度氯化钠溶液的极化曲线。由图可见，随着氯化钠浓度的增加，合金的极化曲线不同程度的负移，具体的负移量与溶液浓度相关。表4是从极化曲线中摘录出的开路电位数据。对于P110钢，当溶液中氯化钠的浓度由0.01M增加至0.1M时，开路电位的负移量为40mv，当溶液中氯化钠的浓度增加至1M时，开路电位的负移量为103mv，增至5M时，开路电位的负移量为150mv。这与傅朝阳等人[32]对430不锈钢时的研究结果相一致。同时傅朝阳等人还指出，对同一浓度NaCI溶液而言，溶有氧的介质中430不锈钢的自然腐蚀电位、孔蚀电位均比在用N2除氧介质中的高，即O2的存在能阻碍430不锈钢在含氯溶液中发生孔蚀。曹刚等人的研究也发现在淡水环境中，水体的溶解氧量是决定钢腐蚀腐蚀速度的重要因素[33]。 在开放系统中，钢在氯化钠水溶液中的主要反应式如下： Fe→ Fe2++ 2e- (阳极) O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH- (阴极) Fe2++ 2H-→Fe (OH)2 由于本实验是在开放、静止的体系中进行，腐蚀速率主要受传质过程控制，Cl-的存在会对溶液中氧的溶解量产生影响，所以会出现随着氯化钠浓度的增加，合金的极化曲线不同程度的负移，具体的负移量与溶液浓度相关的结果。 自腐蚀电位在所有腐蚀速度评价标准中是一种最简便易得的数据。它反映了金属在溶液中溶解倾向的大小。腐蚀电位的大小与金属腐蚀速