HFW焊管露天堆場腐蝕行為研究

2014-01-30 08:55:19史宏德

焊管 2014年11期

史宏德

(寶鋼股份鋼管條鋼事業部焊管廠,上海 201900)

0 前言

金屬材料在人類發展歷史上占有極為重要的地位。到目前為止,在各種材料中,金屬及其合金仍然是工程領域、工業部門用量最大的材料。管道輸送油氣已成為第五種運輸方式而被廣泛采用,但是,油氣輸送管道因金屬腐蝕穿孔泄漏而引起的爆炸、環境污染情況時有發生。

HFW焊管是利用高頻電流的集膚效應和鄰近效應將管坯邊緣迅速加熱到焊接溫度后進行擠壓、焊接而成。其外形美觀、生產效率高、成本低,已廣泛應用于油氣輸送管線。

通常HFW焊管在用于油氣輸送管線前要進行外防腐,如環氧樹脂防腐、聚乙稀防腐等。然而,當HFW焊管生產后未及時防腐,并且在露天堆場放置一段時間后,在一定的條件下就會發生明顯的腐蝕，造成金屬材料的損失,同時對管線的安全使用產生影響[1-4]。

以X65級HFW焊管露天堆放一年后為例,運用LEICA DMR正置式光學顯微鏡 (SCW13）分析、JSM-6490LV掃描電鏡（SCW030）分析等方法，對試樣的腐蝕特點和腐蝕機理進行了研究。

1 試驗材料和方法

1.1 試樣材料

某規格X65級HFW焊管在某露天堆場存放一年后的照片如圖1所示，表面噴丸處理時發現鋼管表面有凹坑缺陷，其宏觀形貌如圖2所示。

圖1 X65管線鋼管露天存放照片

圖2中試樣1的表面有沿管體縱向均勻密布的帶狀腐蝕坑,深度為0.1～0.2 mm；試樣2表面有分布不規則腐蝕坑,深度0.5～2 mm。

1.2 試驗方法

試驗依據GB/T 21638—2009《鋼鐵材料缺陷電子束顯微分析方法通則》進行，試驗設備采用LEICA DMR正置式光學顯微鏡（SCW13）以及JSM-6490LV 掃描電鏡（SCW030）。

圖2 鋼管表面凹坑缺陷形貌

2 試驗結果

圖3 試樣2表面微觀形貌

圖4 試樣2缺陷處截面金相組織及形貌

圖3為試樣2的表面微觀形貌，通過掃描電鏡可見凹坑缺陷處底部為較疏松的銹蝕形貌，正常處為噴丸后的表面形貌。圖4為試樣2的截面金相組織形貌，在金相顯微鏡下可見試樣組織為鐵素體，晶粒度10級,材料基體中有點狀夾雜物存在，夾雜物周圍組織晶粒較大。對試樣夾雜物的成分進行分析表明，試樣組織中含有O，Al，Ca，Ti等元素，這是由于X65管線鋼在精煉時經過鈣的變性處理,大部分CaO和Al2O3等鋁酸鈣夾雜物呈液態上浮進入精煉渣層,但有少量留在鋼中[5-6]。

3 分析與討論

鋼管露天堆放并沒有防雨措施,雨水沿鋼管表面自上而下流淌,在管與管接觸處有積水形成，并且不易排出,從而形成了電化學腐蝕。這種腐蝕是通過在鋼管暴露表面上形成的原電池來進行的,這種原電池叫做腐蝕電池,其特征為陰極、陽極和陰陽極之間有使電子轉移的導電回路存在,腐蝕的實質是氧化還原反應。

腐蝕電池的陽極溶解生成

腐蝕電池的陰極溶解生成

總反應式為

在水和氧的作用下進一步轉化為

氫氧化鐵易于脫水而生成Fe2O3，反應式為

這是鐵銹的常見形式,經拋丸清理后出現如圖2（a）所示的沿管體縱向均勻密布的帶狀腐蝕坑。圖 2（b）所示的腐蝕坑顯然比圖 2（a）嚴重,該試樣取自同一露天堆場與地面接觸焊管的管體,除與地面積水接觸外還與土壤接觸，如圖5所示。土壤具有毛細管多孔性,通常會形成膠體體系。在土壤土粒之間,存在大量的毛細管微孔或孔隙,孔隙中充滿空氣和水，由于水分的存在,土壤成為離子導體，具有電解質溶液的特征。其次,土壤的類型、電阻率、含水量、酸堿度、硫化物、硫酸鹽等都是影響鋼管腐蝕速率的因素。當土壤含水量高、或含鹽量、含酸量高時,都會加快鋼材的腐蝕。