雙金屬復合管用于海洋油氣開發時的腐蝕特性*

曾順鵬 吳印強 鄧洪達 曾鋼

1重慶科技學院石油與天然氣工程學院 2中國石油冀東油田集輸公司3中國石油西南油氣田分公司川西北礦區

雙金屬復合管用于海洋油氣開發時的腐蝕特性*

曾順鵬1吳印強2鄧洪達1曾鋼3

1重慶科技學院石油與天然氣工程學院 2中國石油冀東油田集輸公司3中國石油西南油氣田分公司川西北礦區

為了研究海洋集輸系統管道內外腐蝕問題，一種雙金屬復合管成為目前油田的選用試驗方案。試驗結果表明，X65—本體區和熱影響區耐腐蝕性能差，焊縫區耐蝕性很好，但隨著溫度升高，各區域的耐蝕性能下降，更易發生腐蝕。316L—本體比焊縫區耐蝕性較好，隨著溫度升高，耐腐蝕性下降，但腐蝕電流較小。X65/INCONEL625電偶對的電偶腐蝕敏感性高，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增大，X65出現明顯腐蝕。316L/INCONEL625電偶對的電偶腐蝕敏感性低，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增加，但316 L沒有出現明顯腐蝕。

油氣集輸；雙金屬復合管；電偶腐蝕電流；電偶腐蝕敏感性

海洋油氣集輸管道常常受到管內、管外復雜環境的腐蝕，為了研究海洋集輸系統管道內外腐蝕問題，一種雙金屬復合管[1-2]成為目前油田的選用試驗方案。為了確定輸送管X65/316 L的焊接結構在海洋油氣工況環境中的耐蝕特性，在模擬油田產出水介質和外部海水介質中分別測試316L—INCONEL625焊接結構（316L—）和X65—INCONEL625焊接結構（X65—）的電化學腐蝕速率和電偶腐蝕速率，為安全應用復合雙金屬管提供可靠依據。

1 試驗材料與方法

X65/316L雙金屬復合管與INCONEL625焊接，試樣沿與焊縫垂直的方向切開，在焊接接頭附近基體區、熱影響區、焊縫區等5個不同的區域截取試樣，其中取3個熱影響區試樣。試樣規格為10 mm× 10 mm×5 mm方形試樣薄片。

試驗溶液采用去離子水和分析純化學試劑配制，模擬海水溶液和天然氣采出水溶液，試驗裝置的壓力為常壓，采用恒溫水浴和恒溫油浴控制的溫度分別為20、45和90℃。

將試樣按照ASTM E45—05標準處理后，采用O LYMPUS—GX51金相顯微鏡和日立冷場發射電子顯微鏡S—4800分析焊縫附近不同區域化學成分。電偶檢測的平行樣數量為3～5個，尺寸為?2～3 mm×100 mm的圓柱型試樣。分別測定電偶對的電偶電流隨時間的變化曲線，根據HB5374—87不同金屬電偶電流測定方法評定電偶腐蝕敏感性。

2 試驗結果與分析

2.1 X65—在模擬海水中腐蝕行為

從不同溫度下外管X65—INCONEL625焊接結構各區域試樣典型的極化曲線可見，X65的本體區和熱影響區的陽極極化曲線上不存在明顯鈍化現象，但焊縫區的陽極極化曲線上存在明顯的鈍化現象，同時焊縫區的極化曲線明顯正移，該現象與其高含量Cr、Ni和Mo相關。

通過分析極化曲線可獲得不同試樣的自腐蝕電位和自腐蝕電流。在溫度20℃和45℃時，X65鋼的本體區和熱影響區的自腐蝕電位較負，大約在-600 mV，X65鋼的本體區與熱影響區的自腐蝕電位之間的差別不明顯；而INCONEL625焊縫區的自腐蝕電位較正，大約在-200mV，與X65鋼本體區的電位差大約為400 mV。在溫度為20和45℃時，X65鋼本體區及熱影響區的自腐蝕電流很高，而INCONEL625焊縫區的自腐蝕電流很小，兩者相差兩個數量級；相對于20、45℃時X65鋼本體區和熱影響區的自腐蝕電流增大了三倍多，INCONEL625焊縫區的電流增幅很小。結合自腐蝕電位和自腐蝕電流的試驗結果可看出，INCONEL625焊縫區的耐蝕性很好，熱影響區容易發生腐蝕，本體區次之。熱影響區發生腐蝕與其不均勻性組織密切相關。溫度升高，各區域的耐蝕性均下降，對X65鋼本體區和熱影響區的影響尤為顯著，對INCONEL625焊縫區的影響較小。

從不同溫度下X65鋼與焊絲INCONEL625偶接后電偶電流隨時間的變化曲線可以看出，腐蝕電流開始短時間內快速增大到了最大值，并在最大值附近保持了一段時間。隨著時間的延長，腐蝕電流逐漸減?。欢S著溫度升高，電偶腐蝕電流增大。通過比較不同溫度條件下電偶電流可看出，較高溫度條件下電偶電流較大。2種溫度下X65鋼與INCONEL625的電偶腐蝕敏感性皆為E級（最嚴重的級別），兩者間偶接后存在嚴重的電偶腐蝕敏感性，同時隨著溫度升高，X65鋼與INCONEL625電偶對的電偶腐蝕敏感性增大。

2.2 316L—在模擬采出水中腐蝕行為

316L不銹鋼與焊絲INCONEL625連接前后電位發生變化。通過分析極化曲線，各測試區域自腐蝕電位相差不大，說明焊接對316L不銹鋼的自腐蝕電位影響很小。隨著溫度升高，自腐蝕電位變負，焊接工藝對316L不銹鋼耐蝕性的影響很小[3]。

不同溫度下316L不銹鋼與焊絲INCONEL625偶接后的電偶電流隨時間發生變化，隨著時間的延長，電流值達到一個穩定值。整個試驗過程中的電流都較??；而隨著溫度升高，電流略有增大，但仍很小。3種溫度下316L不銹鋼與焊絲INCONEL625偶接后的電偶腐蝕敏感性皆為A級（基本無電偶腐蝕敏感性）。

3 結論

（1）X65—本體區和熱影響區耐腐蝕性能差，焊縫區耐蝕性很好，但隨著溫度升高，各區域的耐蝕性能下降，更易發生腐蝕。

（2）316L—本體比焊縫區耐蝕性較好，隨著溫度升高，耐腐蝕性下降，但腐蝕電流較小。

（3）X65/INCONEL625電偶對的電偶腐蝕敏感性高，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增大，X65出現明顯腐蝕。

（4）316L/INCONEL625電偶對的電偶腐蝕敏感性低，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增加，但316L沒有出現明顯腐蝕。

[1]李勝利，李自力，周長李．海洋油氣田水線以上設施的腐蝕與防護[J]．石油化工腐蝕與防護，2009，26（3）：19-22.

[2]羅世勇，賈旭，徐陽，等．機械復合管在海底管道中的應用[J]．管道技術與設備，2012（1）：1-3.

[3]Emel Taban，Eddy Deleu，Alfred Dhooge，Erdinc Kalu．Laser Welding of Modified 12%Cr Stainless steel：Strength，Fatigue，Toughness，Microstructure and Corrosion Properties[J]．Materials and Design，2009（30）：1 193-1 200.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.017

基金論文：重慶市教委自然科學基金項目（KJ131403）資助。