大型原油儲罐用高強鋼及其焊接接頭腐蝕行為的研究.pdf

1、大型原油儲罐用低合金高強鋼（簡稱高強鋼）具有良好的力學性能和耐大熱輸入焊接性能，廣泛用于容積十萬立方米及其以上大型原油儲罐建設。近年來，由于國產(chǎn)原油品質(zhì)下降和進口原油以腐蝕性高硫原油為主，致使原油儲罐在服役過程中遭受嚴重腐蝕。此外我國原油儲備基地沿海建設地理特征，使得采用海水取代目前常用的淡水做沖水試驗經(jīng)濟效益明顯，但也面臨儲罐的海水腐蝕問題。目前，針對大型原油儲罐用高強鋼在服役條件和海水中腐蝕行為的系統(tǒng)研究較少，因此有必要開展這一領域

2、的研究。
　　 本論文以大型原油儲罐三種代表性高強鋼(B610E(Nb)、B610E和SPV490Q)、碳鋼Q235以及三種典型焊接試樣（B610E氣電立焊、B610E埋弧橫焊、B610E和Q235埋弧平焊）為主要研究對象，分別在NaHS03溶液、淡水、海水和3.5％NaCI溶液中進行失重和電化學試驗，并結合一定的顯微分析手段，評價試樣在不同腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為，揭示其腐蝕過程特征、影響因素及腐蝕機理，論證大型原油儲罐海水水壓試

3、驗的可行性，獲得主要結論如下：
　　 在四種腐蝕溶液中長期腐蝕后，B610E(Nb)鋼和B610E鋼的腐蝕速度小于SPV490Q鋼，Spv490q鋼的腐蝕速度又小于碳鋼Q235。具體在720小時腐蝕過程中分為二個階段，在腐蝕前144小時，鋼板的腐蝕速度與其表面金屬活性大小有關，Q235鋼的腐蝕速度較?。褐?，試樣的腐蝕速度與腐蝕銹層的保護性能有關，高強鋼的腐蝕速度較小。
　　 顯微分析結果表明，高強鋼的腐蝕產(chǎn)物致密，且腐

4、蝕銹層中有利于提高銹層保護性能的Cr、Ni、Mo和Al等元素的含量較高，試樣腐蝕產(chǎn)物分為內(nèi)外兩層，外銹層疏松，內(nèi)銹層致密。四種鋼生成的腐蝕銹層基本組成相同，其中外銹層主要是β-FeOOH、Fe203.和Fe304，內(nèi)銹層主要由γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe304、Fe203和來自基體脫落Fe3C組成，此外，海水腐蝕后試樣的內(nèi)外腐蝕銹層中都含有NaCl，而在NaHS03溶液腐蝕后試樣腐蝕產(chǎn)物含有FeS04·4H20。
　　

5、研究結果表明，可以根據(jù)腐蝕電化學阻抗譜的Nyquist和Bode圖譜（演化）特征區(qū)分鋼板在腐蝕過程中的不同腐蝕階段。四種鋼在NaHS03溶液腐蝕過程由三個階段組成：當t<129h時，為金屬活性溶解階段，Nyquist圖呈現(xiàn)單一的容抗??；當t=129—408h時，為穩(wěn)定腐蝕銹層形成階段，Nyquist圖表現(xiàn)為兩個容抗??；當t>408h時，為析氫引起腐蝕銹層破裂階段，Nyquist圖容抗弧的直徑明顯減小。
　　 對比四種鋼在淡水和海

6、水中腐蝕過程可以看出，試樣淡水腐蝕分為兩個階段，t<336h時，為活性金屬溶解階段，Nyquist圖呈現(xiàn)單一容抗??；之后，為穩(wěn)定的腐蝕銹層形成階段，Nyquist圖容抗弧出現(xiàn)Warburge擴散弧。而四種鋼的海水腐蝕可分為三個階段：當t<144小時，為金屬活性溶解階段，Nyquist圖呈現(xiàn)單一容抗弧，且低頻區(qū)電感特性很明顯；當t=144--576小時，為穩(wěn)定的腐蝕銹層形成階段，Nyquist圖呈現(xiàn)兩個容抗??；當t>576小時，為局部腐蝕

7、形成階段，Nyquist圖中容抗弧的直徑明顯減小。試樣在海水和淡水中腐蝕過程差異與其在這兩種溶液中不同腐蝕機制有關，其中海水腐蝕時試樣表面的CI吸附機制，不僅在腐蝕前期促使金屬的溶解，而且在腐蝕后期在試樣表面引起局部腐蝕的形成。通過研究腐蝕產(chǎn)物在海水中作用機理表明，陽極性或雙極性氧化膜可消除CI吸附的破壞作用，這為減小試樣在海水中腐蝕速度提供理論依據(jù)。
　　 三種焊接試樣在海水和淡水腐蝕結果表明，埋弧平焊試樣的腐蝕速度最大，氣電

8、立焊試樣的腐蝕速度最小。焊接試樣的腐蝕主要發(fā)生熱影響區(qū)。在焊接熱影響區(qū)各微區(qū)中，粗晶區(qū)的腐蝕最嚴重，這與試樣不同顯微組織和M-A組元的析出有關。此外，隨著熱輸入的增加，試樣的腐蝕速度先減小后增加，其中熱輸入為60kJ/cm時熱模擬試樣腐蝕速度最小，這與顯微組織貝氏體形態(tài)的變化有關，隨著熱輸入的增加，試樣的貝氏體組織由細密的長條狀變?yōu)槎虠l狀，最終形成粒狀組織。研究表明長條狀貝氏體和粒狀貝氏體都將惡化焊接試樣的腐蝕行為。
　　 綜合