2Cr13不銹鋼在機械沖刷過程中的圖像分析

崔澎濤+趙杰+杜丹陽

摘 要：該文以2Cr13不銹鋼為研究對象，在不同的流速沖刷條件下，獲得2Cr13不銹鋼的失重數據，并通過三維圖像采集系統采集沖刷后表面形貌圖像，然后采用小波包變換程序進行圖像分解，將所提取的能量值與失重數據進行比較。結果表明，沖刷后2Cr13不銹鋼表面圖像能量值的變化與失重變化呈現出相同的趨勢，因此可以通過圖像特征值對腐蝕試樣進行定性的判斷，從而進一步推算出早期沖刷過程中的腐蝕程度。

關鍵詞：機械沖刷 流速 失重 圖像分析 腐蝕預測

中圖分類號：TK265 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0109-02

2Cr13不銹鋼是典型的電泵吸入口材料，潛油電泵的失效存在著各種各樣的原因。在實驗室的模擬沖刷條件下，因為模擬條件和時間的局限性，并不能進行長時間的模擬。而且，2Cr13不銹鋼并不像碳鋼一樣，在模擬早期失重速率以及表面形貌就呈現出較大的變化，因而可以引進圖像分析技術研究不銹鋼在機械沖刷條件下腐蝕行為。

1 實驗

1.1 實驗材料及介質

實驗材料為2Cr13不銹鋼，其成分見表1。實驗介質為液固兩相含砂水流。

1.2 實驗方法

實驗時間為24 h，沖刷速度為4 m/s、8 m/s、12 m/s，沖擊角度為0°。試樣沖刷前后的重量采用電子天平（精度為0.000 1 g）稱量，試樣沖刷后采用VHX-2000型三維視頻顯微鏡采集圖像。根據文獻中的方法對圖像進行分析[1]。將采集到的圖像進行預處理，按照固定分辨率為300 dpi，像素為1 400×1 000進行統一裁剪后轉化為灰度圖，然后中值濾波以濾除表面形貌圖像的噪聲，最后利用小波包分解程序對表面形貌圖像進行分析。

2 實驗結果與分析

2.1 機失重速率與流速的關系

表2給出了機械沖刷失重速率隨流速變化的數據，其趨勢圖見圖1。從圖中可以看出，隨著流速的增加，2Cr13不銹鋼的失重速率呈現出下降的趨勢。這與文獻中所給出的粒子的沖擊速度與材料失重之間的規律[2，3]相反。究其原因，可能是因為在沖刷過程中，隨著流速的增大，氧含量增加，這使得2Cr13不銹鋼的表面產生了鈍化膜，減緩了材料的沖蝕失重。

2.2 圖像特征值與流速的關系

圖1中a、b、c分別為2Cr13不銹鋼在流速4 m/s、8 m/s、12 m/s下沖刷后的表面形貌圖像。圖2為經過小波包分解后的不同流速下的2Cr13不銹鋼表面形貌能量值的分布圖，其具體數值見表3。從圖2可以看出，同失重速率一樣，能量值與流速呈現出相反的變化趨勢。流速越大，表面形貌子圖像的能量值越低；流速越小，表面形貌子圖像的能量值越高。因此，可以根據能量值的變化來預測2Cr13不銹鋼的沖蝕程度。

此外，以HA2、VA2和AH2三個方向的子圖像的能量值和S值作特征值，計算結果見表4。將特征值S與失重速率V進行擬合得到圖3。擬合關系式為：V=-0.130 46S2+0.155 64S

-0.040 2 R2=1

從圖3中可以看出，特征值S與失重速率V具有較高的相關性，相關系數為1。

3 結論

（1）在沖刷過程中，隨著流速的增大，氧含量增加使得2Cr13不銹鋼的表面產生了鈍化膜，減緩了材料的沖蝕失重。

（2）流速與能量值負相關，流速越大，表面形貌子圖像的能量值越低；流速越小，表面形貌子圖像的能量值越高。

（3）經擬合計算，特征值S與失重速率V具有較高的相關性。

參考文獻

[1] 韓夏冰，高志明，黨麗華等.Q235鋼在模擬大氣環境中早期腐蝕圖像小波包分析[J].中國腐蝕與防護學報，2013，33（3）：211-215.

[2] 王凱.油井管材料液固兩相流體沖刷腐蝕研究[D].西安石油大學，2013.

[3] Bjordal M，Bardal E，Rogne T，et al.Erosion and corrosion properties of MC coatings and duplex stainless steel in sand-containing synthetic sea water[J].Wear，1995，186/187（8）：508-514.