西气东输二线X80管线钢内腐蚀行为的研究

以西二线X80管线钢为对象,采用动电位极化和交流阻抗技术研究了不同质量分数的Cl-和SO2-4在西二线清管产物模拟溶液中X80钢内腐蚀行为,探讨了西二线管道内腐蚀机理。实验结果表明,X80管线钢在只含不同质量分数的Cl-模拟溶液中的极化曲线都呈明显的活化控制,且随着Cl-质量分数的增大,X80钢的腐蚀电流密度icorr大幅增大,X80钢的腐蚀速率增大;X80在含质量分数为0.05%Cl-、不同质量分数的SO2-4模拟溶液中的极化曲线同样呈明显的活化控制,但是随着SO2-4质量分数的增大,X80钢的腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,SO2-4质量分数为0.50%时,腐蚀电流密度icorr达到最大值,腐蚀最为严重;当模拟溶液中同时含有Cl-和SO2-4时,X80钢的腐蚀电位与只含Cl-时相比均有所降低,腐蚀电流密度均增大;当Cl-和SO2-4共存时,随着SO2-4质量分数的增加,SO2-4能快速地吸附在金属表面,阻碍Cl-的吸附,减小了Cl-对金属的腐蚀。     

X90管线钢母材和焊缝在近中性模拟溶液中不同加载电位下的应力腐蚀行为

X90是继X80和X100管线钢后开发的新一代管线钢,已成为国内外研究的新热点。为了深入了解加载电位对X90管线钢土壤应力腐蚀行为的影响,采用电化学测试和慢应变速率拉伸试验(SSRT)的方法研究了X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在近中性模拟溶液(NS4)中不同加载电位下的应力腐蚀行为,应用扫描电子显微镜(SEM)对其断口形貌进行了观察,分析应力腐蚀行为的机理。研究结果表明:(1)NS4溶液中的X90管线钢直缝焊管母材、焊缝的极化曲线均表现为阳极溶解特征,无活化—钝化现象;(2)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,随着加载电位的负移,用延伸率的损失率和断面收缩率的损失率表示的应力腐蚀敏感性指标先减小后增大,焊缝的应力腐蚀敏感性大于母材的应力腐蚀敏感性;(3)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中的应力腐蚀开裂行为存在以下3种机制——外加电位为EOCP的阳极溶解机制、外加电位为-850 mV的阳极溶解+氢脆机制、外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV的氢脆机制。结论认为,该研究成果可以为X90管线钢的大规模使用提供技术支撑和理论依据。     

砂粒浓度对X80管线钢冲刷腐蚀行为的影响

海底原油输送管道中砂粒对管壁的损伤十分严重。针对管道内壁存在砂粒冲刷腐蚀现象,以X80管线钢为例,研究不同砂粒浓度对X80管线钢在含Cl-溶液中冲刷腐蚀行为的影响。采用失重法、动电位极化曲线、电化学阻抗技术和腐蚀形貌观察进行实验研究,结果表明:在实验范围内,不同砂粒浓度下的冲刷腐蚀电化学测试结果表现出相似的电化学行为,随着砂粒浓度的增加,X80管线钢的冲刷腐蚀速率逐渐增大;当砂粒质量分数为2.5%时,过量的砂粒会造成"屏蔽效应",冲刷腐蚀效率反而降低;X80管线钢的冲刷腐蚀形貌以腐蚀为主,表面有明显的颗粒冲刷痕迹,冲刷腐蚀机理为腐蚀与机械冲刷协同作用。该研究结果对海底原油输送管道的防护具有重要意义。     

表面纳米化处理对X80管线钢焊接接头的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)技术对X80管线钢焊接接头进行了表面自身纳米化处理。分析了SMAT前后X80管线钢焊接接头的疲劳及电化学腐蚀特性。结果表明,对X80管线钢焊接接头进行90min的SMAT后,可以在X80管线钢焊接接头表层一定深度范围以内获得纳米晶组织,纳米晶尺寸分布为5～15nm;在近似服役条件下的全应力范围内,SMAT可以显著延长X80管线钢焊接接头的疲劳寿命,其疲劳极限可提高13%;SMAT可提高X80管线钢焊接接头的电化学腐蚀性能,使其电化学腐蚀倾向和自腐蚀电流密度均有所降低。     

NaCl对X80管线钢冲刷腐蚀行为的影响

长输管道的内腐蚀主要由原油中的腐蚀介质引起,腐蚀介质以氯化物为主。以X80管线钢为研究对象,研究不同质量分数NaCl对X80管线钢在含砂溶液中质量损失和冲刷腐蚀行为的影响。采用旋转圆柱电极装置,通过失重法、动电位极化和电化学阻抗技术进行实验分析。研究结果表明:在实验浓度范围内,X80管线钢在不同质量分数NaCl下的冲刷腐蚀过程存在相似性特征;NaCl对X80管线钢冲刷腐蚀过程的影响存在临界浓度,在NaCl质量分数小于7%时,冲刷腐蚀速率随着NaCl质量分数的增加而增大,当NaCl质量分数为9%时,冲刷腐蚀速率开始减小;Cl~-在X80管线钢的冲刷腐蚀过程中起到重要作用,导致冲刷腐蚀过程加剧。该研究结果对长输管道的防护具有重要意义。     

X80钢在不同砂粒粒径下的多相流中的冲刷腐蚀行为

在原油长距离输送过程中,冲刷腐蚀是一直威胁管道运输安全的重要因素之一。在冲蚀的过程中,管道内流场及砂粒粒径变化导致砂粒冲蚀机理变得十分复杂。为了研究动态条件下,砂粒粒径对于管道冲刷腐蚀规律的影响,以X80管线钢为研究对象,采用旋转圆柱电极装置结合电化学法和失重法,研究X80管线钢在不同砂粒粒径下的多相流中(0.5%砂+3%NaCl的水溶液)的冲刷腐蚀行为,通过对失质量、电化学阻抗谱以及tafel曲线进行分析表明:X80管线钢的质量损失速率出现先增大后减小的现象,砂粒粒径在120～212μm时存在临界砂粒粒径,对应的临界质量损失速率为1.1163 mg/(cm~2·h);在上述粒径下,腐蚀电流密度和反应电阻出现极大值和极小值。因此,粒径在120～212μm时,砂粒对X80钢的冲蚀损害最大。     

离子渗氮对X80钢在库尔勒土壤溶液中电化学腐蚀行为的影响

通过对X80钢进行离子渗氮处理,研究其在库尔勒土壤模拟溶液中浸泡30天的耐腐蚀性能。通过动电位极化曲线和阻抗谱测试X80钢渗氮层对腐蚀性能的影响。结果表明,经离子渗氮的试样比X80钢更耐蚀,其自腐蚀电位为-393mV,比X80钢高出337mV,自腐蚀电流密度为0.046A/cm2,约是X80钢的1/1 000。离子渗氮处理使X80钢表面生成了ε相和γ′相,可显著提高自腐蚀电位,使腐蚀反应更难发生。同时,显著降低了自腐蚀电流密度。采用SEM、XRD和EDS技术对腐蚀产物膜的表面形貌和组成成分进行测试分析表明,腐蚀产物主要是Fe3O4和β-FeOOH。     

温度和pH对X90管线钢电化学性能的影响

采用电化学阻抗技术(EIS)和动电位极化测试技术,研究了X90管线钢在不同p H溶液和同一溶液不同温度下的电化学腐蚀行为。结果表明:在不同p H值的溶液中,随着溶液p H的增大,X90管线钢越容易腐蚀,电极的阻抗随之减小,材料发生明显的阳极钝化现象;在同一种溶液中,随着溶液温度的升高,X90管线钢的腐蚀也越严重,极化阻抗值也随之减小。     

X80管线钢在模拟土壤溶液中的阳极溶解特征

应用动电位极化方法研究了X80管线钢在不同p H条件下模拟土壤局部环境NS4溶液中的阳极溶解特征,并通过极化曲线的解析得到电化学腐蚀参数。X80管线钢在NS4溶液中具有活性阳极溶解特征,阳极过程为多步反应机制,局部溶液p H值和波动应力循环对阳极溶解的机制没有影响。当溶液p H值在3~7范围内,随着溶液p H值降低,阳极溶解电流密度增加,波动应力也促进阳极溶解过程。讨论了阳极溶解与管道近中性p H-SCC的关系,可为埋地管道近中性p H-SCC的控制提供参考。     

X80管线钢电化学充氢后的断裂特性研究

采用3点弯曲试样,研究了X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中,经不同电流密度充氢后的断裂特性。结果表明:X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中充氢时,材料中可扩散氢的质量分数随电流密度增大而增加。以小于12.5mA/cm2的电流密度充氢时,X80管线钢的断裂韧性随电流密度的增大而增加,当电流密度大于该值时,材料的断裂韧性随电流密度增加呈下降趋势。断口分析表明:电化学充氢试件断口仍以韧窝为主要特征,但与未充氢试件相比,韧窝的尺寸变小、变浅,且数量增多,韧窝的分布也接近均匀。     

X80钢在鄯善土壤模拟溶液中的腐蚀行为

利用失重法、电化学测试、SEM(扫描电镜)和EDS(能谱分析)等方法,研究X80钢在鄯善土壤模拟溶液中的腐蚀行为。结果表明:X80钢在3个测试点模拟土壤溶液中以全面腐蚀为主,局部位置发生点蚀;其在代号为AN000,AN065和AN016的模拟溶液中浸泡60 d的腐蚀速率分别为0.55,0.4和0.03 mm/a,腐蚀速率依次减小;随着浸泡时间的增加,Ca2+吸附在X80钢表面并形成Ca的产物层,有效地减缓了X80钢在AN016模拟溶液中的腐蚀。在盐含量较高的土壤环境中,富集在钢基表面的结晶盐对钢的腐蚀具有一定的减缓作用。     

热处理工艺对X80管线钢耐腐蚀性能的影响

对比研究了X80钢经不同热处理后,不同浓度的NaC l腐蚀介质和自来水中的电化学腐蚀对其性能的影响。试验所用经不同工艺热处理的X80钢试样包括930℃淬火样、930℃淬火+650℃回火样、930℃淬火+645℃回火样、930℃淬火+630℃回火样和原样。研究表明,对于所选用的X80钢,热处理工艺没有显著改变其腐蚀性能;该材料在NaC l溶液中的腐蚀速率大于其在自来水中的腐蚀速率,且腐蚀速率、腐蚀电流密度随NaC l溶液浓度增大而增大,腐蚀电位随溶液中NaC l浓度的增大向负方向偏移。     

近中性pH值溶液中X100管线钢应力和氢元素对电化学腐蚀行为的影响

运用扫描振动电极技术和局部电化学阻抗谱测量技术,对近中性pH值溶液中X100管线钢应力和氢元素对电化学腐蚀行为的影响因素进行了研究。结果表明,充氢能有效提高钢的阳极溶解,有助于产生一层腐蚀产物,由于氢原子在试样中随时间会发生快速的扩散,所以电荷转移电阻在区域内和区域外基本没什么变化。当局部应力集中不足以接近或达到钢的屈服强度时,钢依然处在相对稳定的状态,并且试样的整个表面的溶解速率不均匀。     

X80管线钢在不同矿化度油田采出液中的腐蚀行为研究

为了研究X80管线钢在不同矿化度油田采出液中的腐蚀行为,利用高温高压釜动态模拟试验研究了在60 ℃、CO2分压1.5 MPa、流速1.5 m/s、含水率40%条件下不同矿化度对X80管线钢在模拟油田采出液中的腐蚀情况,并利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对试样表面腐蚀产物形貌和成分进行了分析。结果表明,随矿化度增加,X80钢平均腐蚀速率降低,腐蚀形态呈现严重局部点蚀、轻微点蚀和均匀腐蚀的变化规律;腐蚀产物膜厚度随矿化度降低而减小,在矿化度为20 g/L时,试验钢的腐蚀最为严重,产物膜最厚,腐蚀产物主要为FeCO3及少量Fe和CaCO3。     

X80管线钢管在5%NaCl+0.5%醋酸溶液中的腐蚀行为研究

应用动电位极化、电化学阻抗谱和浸泡试验方法研究了X80管线钢管母材和焊缝试样在5%NaCl+0.5%醋酸溶液中的腐蚀行为。结果表明,焊缝试样的开路电位较母材负移,在电化学腐蚀过程中,母材和焊缝区的腐蚀过程受活化极化控制,焊缝区具有较高的腐蚀速率。母材和焊缝的电化学阻抗谱均具有两个时间常数,母材极化电阻值大于焊缝区。在浸泡试样中,随着浸泡时间的延长平均腐蚀速率逐渐下降,但焊缝区产生严重的选择性腐蚀现象。     

N80钢在CO2、H2S及其混合介质环境中的腐蚀行为研究

针对N80钢油套管在CO2/H2S共存环境中的腐蚀问题,利用失重法与电化学测试方法作对比分析,并利用扫描电子显微镜以及X射线衍射仪对浸泡腐蚀试验后的N80钢试样进行研究。结果显示,浸泡腐蚀试验结果与电化学测试结果一致,在单独CO2环境中,N80钢的自腐蚀电流与平均腐蚀速率最大,腐蚀最严重;在单独H2S环境中,N80钢试样腐蚀速率最小,自腐蚀电流最小;在PCO2/PH2S=1∶ 0.3 时,主要以H2S腐蚀为主,但在表面发生局部产物膜剥落,此时的腐蚀速率高于纯H2S条件下的腐蚀速率。研究表明,在单独CO2环境中,腐蚀以阴极反应过程控制为主;在单独H2S环境中,腐蚀以阳极反应过程控制为主;在PCO2/PH2S=1∶ 0.3时,腐蚀以阴极反应过程控制为主。     

硫酸盐还原菌对X70管线钢腐蚀行为研究

为研究硫酸盐还原菌作用下X70管线钢腐蚀行为,通过实验制备X70管线钢挂片,模拟真实土壤环境,利用失重法分析腐蚀速率,运用扫描电镜技术结合腐蚀形貌,直观地对X70管线钢硫酸盐还原菌腐蚀特征展开分析。实验结果表明:细菌腐蚀具有复杂性,且外界离子、电化学、应力等都会对腐蚀情况的发生与发展产生一定影响。实验中X70钢样片腐蚀行为主要与SRB代谢、生物膜作用和腐蚀产物有关。在无菌环境中浸泡X70钢样片,其腐蚀程度与浸泡时间正相关;在有菌环境中,由于细菌作用而在样片表面生成的致密生物膜一定程度上阻碍了金属新鲜面的传质接触,保护了试片,从而减轻了金属的腐蚀作用。     

氯盐介质中管道焊缝接头微区电化学腐蚀

与其它微区电化学技术不同,扫描振荡电极测定电流密度（SVET）技术可以检测金属电化学腐蚀反应发生过程中离子流动产生的电流密度,可以对腐蚀反应的性质（阴极或阳极反应）及腐蚀反应强度进行直观而精确的表征。通过采用扫描振荡电极测定电流密度并结合材料分析技术对模拟氯盐介质浸泡的地下石油管道直缝焊缝接头表面在电化学腐蚀过程中的局...