新型含Cu管线钢的微生物腐蚀行为研究

通过对商用X80管线钢进行适当的Cu合金化功能性改进,制备出不同Cu含量(1.06Cu、1.46Cu、2.00Cu,质量分数,%)的新型管线钢。利用抗菌性能检测、电化学测试、腐蚀产物分析、激光共聚焦显微镜(CLSM)等方法研究了含Cu管线钢的抗菌性能和微生物腐蚀行为。研究表明,含Cu管线钢对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强烈的杀灭作用,以多边形铁素体为特征的1.0Cu管线钢能够保证在X80钢强韧性的水平下具有优异的抗微生物腐蚀性能。含Cu管线钢中富Cu相对抗微生物腐蚀性能起到了关键作用。1.0Cu钢和X80钢的线性极化电阻RLPR在含有硫酸盐还原菌(SRB)的土壤浸出液中浸泡2 d后均急剧下降,导致X80钢的腐蚀电流密度明显大于1.0Cu钢。显微观察表明,大量生物膜的生成导致在SRB环境中的X80钢的点蚀数量和最大点蚀坑深度均高于1.0Cu钢。     

含Cu抗菌管线钢的抑制微生物腐蚀性能

采用室内浸泡试验和页岩气田现场试验对比研究了含Cu抗菌管线钢和L245NCS管线钢的微生物腐蚀行为。结果表明:在硫酸盐还原菌存在时,两种试验条件下的L245NCS管线钢都发生了严重的点蚀,其在现场试验中的点蚀速率高达16mm/a;而含Cu抗菌管线钢能够有效抑制基体表面细菌的生长,进而抑制点蚀。此外,具有生物毒性的Cu元素在腐蚀产物中富集,进一步提高了材料的抗菌性能。含Cu抗菌管线钢适用于页岩气田环境。     

新型含Cu管线钢——提高管线耐微生物腐蚀性能的新途径

微生物腐蚀是造成管线材料破坏和失效并导致巨大经济损失的一个重要原因,发展具有耐微生物腐蚀性能的新型管线钢是从材料自身角度降低发生微生物腐蚀倾向的新途径,具有重要的科学意义和应用价值。在传统的管线钢化学成分基础上,通过适量的Cu合金化,在服役环境中发生的微量铜离子的持续释放会杀死细菌并抑制细菌生物膜形成,从而起到耐微生物腐蚀作用,这是提高管线钢耐微生物腐蚀性能的主要创新思想。本文通过总结当前管线钢的微生物腐蚀及其研究现状,提出了一种从材料角度防治微生物腐蚀的新方法。介绍了新型含Cu管线钢在合金设计、组织结构、力学性能、抗氢致开裂性能和耐微生物腐蚀性能方面的研究进展,重点介绍了含Cu管线钢在实验室条件下的耐微生物腐蚀性能研究结果,最后展望了新型含Cu管线钢的未来发展趋势。     

固溶时效处理对Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金显微组织和耐蚀性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜等方法研究了固溶时效处理前后Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金(质量分数,%)的显微组织、物相组成和腐蚀形貌,并在质量分数为3.5%的NaCl溶液中进行了静态失重和电化学测试。结果表明,铸态Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金由α-Mg基体和沿晶界分布的粗大网状共晶相Mg₄₁Sm₅和Mg₅Gd组成,固溶时效处理并没有改变共晶相的种类,但网状共晶组织消失,并且晶内有大量细小弥散的第二相析出,晶界更加清晰。试验合金采用525 ℃×8 h固溶+225 ℃×8 h时效处理后,腐蚀速率从0.185 mg·cm^-2·h^-1降低至到0.116 mg·cm^-2·h^-1,自腐蚀电流密度从1.599×10^-4A·cm^-2降低到0.924×10^-4 A·cm^-2,耐蚀性能明显提高。     

新型00Cr10MoV钢筋在水泥萃取液中的耐氯离子点蚀性能

利用开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)与循环动电位极化曲线(CPP)三种方法对比研究了耐蚀钢筋(00Cr10MoV)和普通低碳钢筋(20MnSiV)在水泥萃取液中的耐氯离子点蚀性能,并利用扫描电镜(SEM)对钢筋腐蚀产物与点蚀坑进行形貌表征。结果表明:在含不同氯离子浓度(0.1,0.6mol/L)水泥萃取液中,00Cr10MoV钢筋较20MnSiV钢筋具有更优的耐氯离子侵蚀能力;在氯离子浓度为0.6mol/L的水泥萃取液中腐蚀后,20MnSiV钢筋表面生成大量疏松的腐蚀产物,而00Cr10MoV钢筋表面仅出现少量点蚀坑。     

Cu-Ti合金在模拟S2-污染海水中的腐蚀行为研究

通过浸泡实验与电化学测试,研究了固溶态Cu-4wt.%Ti合金在模拟污染海水(含S2-的3.5wt.% NaCl溶液)的腐蚀行为。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)对铜钛合金表面腐蚀产物进行测试分析。结果表明：含Cl-溶液中铜钛合金的腐蚀形式为点蚀,点蚀坑尺寸较小,分布均匀。添加S2-后点蚀更容易被诱发,点蚀坑尺寸较大。当NaCl溶液中的S2-浓度达到60ppm时,点蚀坑在合金表面相互连接,呈现出均匀腐蚀的形态;S2-<和Cl-对铜钛合金的腐蚀存在竞争吸附,S2-吸附性强对铜钛合金的腐蚀剧烈;在含S2-的NaCl溶液中腐蚀产物主要为CuS、Cu2S、Cu2O以及Cu2(OH)3Cl。S2-浓度较大时会导致溶液中OH-浓度增加,使腐蚀产物膜层厚度与致密度增加,因此当S2-浓度达到100ppm时铜钛合金能够发生钝化从而减缓腐蚀。     

固溶温度及时间对高氮不锈钢耐蚀性能的影响

使用真空感应炉+电渣重熔炉在0.08 MPa下制备了氮含量0.54%的高氮无镍奥氏体不锈钢,热轧后分别在800、900、1000、1100、1200 ℃下保温不同时间,研究在不同固溶工艺下试验钢的显微组织和耐蚀性。采用动电位极化曲线研究不同固溶工艺下高氮不锈钢在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,并在6%FeCl₃溶液中浸泡8 d后计算其质量损失率和腐蚀速率。结果表明,固溶对高氮不锈钢组织及耐蚀性能的影响很大,经1000、1100 ℃热处理后的试验钢为单一的奥氏体组织;未经热处理和经800、900 ℃热处理的试验钢组织中存在析出相Cr₂N;经1200 ℃热处理的试验钢从奥氏体中析出了铁素体组织;1100 ℃下保温1 h的试验钢耐蚀性最好,腐蚀速率仅为1.35×10^-5 g·cm^-2·h^-1;800 ℃保温3 h后试验钢的耐蚀性最差,腐蚀速率高达8.18×10^-4 g·cm^-2·h^-1;而316L不锈钢的耐蚀性能介于两者之间,腐蚀速率为1.24×10^-4 g·cm^-2·h^-1。     

预渗氮处理对20CrMnTi钢真空渗碳层耐蚀性能的影响

在真空渗碳前预先对20CrMnTi钢进行真空渗氮处理,采用OM、SEM和XRD研究了预渗氮处理对渗碳层显微组织及腐蚀形貌的影响,通过电化学测试和浸泡腐蚀质量损失来评价其耐蚀性能。结果表明,经过预渗氮处理的渗碳试样的渗层马氏体更加细小并且有大量渗碳体析出,耐腐蚀性明显提高,自腐蚀电流密度从1.3608×10^-5 mA·cm^-2下降到2.9817×10^-6 mA·cm^-2,自腐蚀电位由-0.7741 V提高到了-0.6672 V,其腐蚀速率和发生腐蚀的倾向大大降低,并且由质量损失得出的腐蚀速率仅为渗碳试样的一半。这主要是由于预渗氮+渗碳处理试样渗层细小的马氏体组织和渗碳体在腐蚀时会阻碍孔蚀的扩展从而降低腐蚀速率,并且渗层的氮原子会与溶液发生化学反应生成NH⁺₄及NO^-₂或NO^-₃,降低Cl^-对材料的腐蚀作用。     

N含量对13Cr超级马氏体不锈钢耐蚀性的影响

对13Cr超级马氏体不锈钢进行氮合金化,采用淬火-配分热处理工艺,研究了不同N含量对13Cr钢的微观组织及电化学腐蚀行为的影响。结果表明:随N含量增加,板条马氏体组织表现出明显的细化行为,奥氏体含量增加,且有VN生成,从而防止N与Cr结合生成Cr₂N,促使Cr在材料表面形成以Cr₂O₃为主的致密腐蚀产物膜,提高材料耐蚀性;试验钢表面以局部腐蚀为主,试样表面有点蚀发生。随着N含量的增加,形成腐蚀产物膜的孔隙度减小;表面钝化膜为双电层结构,增加了钝化膜的稳定性,点蚀坑数量明显减少且变小;提高N含量有利于试样耐点蚀性能的改善,0.35%N试验钢表面腐蚀产物附着牢固,平整且致密,晶粒大小均匀,可起到良好的保护作用。     

高含CO2-H2S-Cl-环境中井深温度对管线钢腐蚀的影响

利用高温高压反应釜模拟高含CO₂-H₂S-Cl^-的腐蚀环境，对X60管线钢进行恒定井深温度和阶变井深温度下的腐蚀模拟试验。通过失重法评价了X60管线钢的均匀腐蚀速率，并利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等测试分析手段，研究了井深温度对X60管线钢腐蚀行为的影响。结果表明：在高含CO₂-H₂S-Cl^-环境中，恒定井深温度下，X60管线钢表面均发生了点蚀，腐蚀速率随着温度升高而下降；X60管线钢在阶变井深温度下的均匀腐蚀速率低于恒定井深温度下的，其局部腐蚀风险随温降的增大而增大。     

含铜双相不锈钢在无菌/含菌环境下的耐蚀性研究

对经固溶处理的含铜双相不锈钢材料进行了540,560和580℃时效处理。利用电化学工作站研究了固溶及时效处理试样在无菌/含菌培养基中的耐蚀性,同时采用OM及XPS检测手段对固溶处理试样及抗菌性最优的经560℃时效处理试样菌液腐蚀后的生物膜形貌及表层Cu的腐蚀产物进行了分析。结果表明,在无菌培养基中,固溶处理试样最耐蚀,经时效处理的试样随时效处理温度的升高,耐蚀性下降;在含菌培养基中,经560和580℃时效处理试样的耐蚀性比其在无菌环境中的有所提高,固溶处理及经540℃时效处理试样的耐蚀性比其在无菌环境中的有所下降。固溶处理试样表面存在厚大疏松状生物膜,表层腐蚀产物中Cu CO3含量相对较低,细菌腐蚀导致试样在含菌介质中的耐蚀性比其在无菌介质中的差;经560℃时效处理试样的表层覆盖稀薄生物膜,细菌对试样腐蚀破坏作用弱,表层腐蚀产物中Cu CO3含量高,Cu CO3对试样的保护作用大于细菌的破坏作用,使得其在菌液中的耐蚀性比其在无菌环境中的有所提高。     

Mg-4.0Zn-2.0Sr-0.4Ca合金复合涂层的耐腐蚀性能

通过环保型阳极氧化工艺及聚合沉积技术在生物材料Mg-4.0Zn-2.0Sr-0.4Ca合金表面逐层制备阳极氧化膜、SiO₂溶胶凝胶、聚多巴胺(PDA)和壳聚糖(CS)复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)观察涂层形貌并确定相组成,采用电化学测试、SBF浸泡试验比较涂层对合金耐蚀性能的影响。结果表明,制备的复合涂层致密完整无缺陷。在SBF溶液中,复合涂层随腐蚀时间的延长逐渐产生裂纹并破碎,产生较小的腐蚀坑,腐蚀在一定程度上被控制在表面,而无涂层Mg-4.0Zn-2.0Sr-0.4Ca合金在SBF溶液中的腐蚀以点蚀和局部腐蚀为主,且腐蚀程度随腐蚀时间的延长而加剧。复合涂层在SBF溶液中的腐蚀电流密度、腐蚀电位和平均腐蚀速率分别为5.7039 μA/cm²、-1.4203 V(vs SCE)和0.163 g/(m²·h),均优于无涂层镁合金,且平均腐蚀速率降幅达50%以上,说明制备的复合涂层可显著提高Mg-4.0Zn-2.0Sr-0.4Ca合金的耐腐蚀性能。     

耐海水腐蚀钢筋00Cr10MoV的组织结构及性能研究

分析了耐海水腐蚀钢筋00Cr10MoV的显微组织和力学性能,并采用盐雾、周浸腐蚀实验、电化学阻抗谱以及极化曲线等测试方法进一步评价其耐蚀性能。结果表明,该耐海水腐蚀钢筋的显微组织主要为铁素体加贝氏体,屈服强度达到450 MPa以上;与普通的20MnSiV钢筋相比,该材料在模拟海洋环境中有优异的抗腐蚀性能,电荷转移电阻达到1.37×10⁵Ω·cm²,是20Mn Si V钢筋的100多倍;其表面的腐蚀产物主要以α-FeOOH,β-FeOOH和γ-FeOOH为主,含有少量Fe₃O₄和微量含氯产物Na₃CrCl₁₆,Fe+3O（OH,Cl）。     

分步锻压对汽车用AZ80镁合金耐蚀及耐磨性能的影响

为了探究分步锻压对汽车用AZ80镁合金耐蚀及耐磨性能的影响，对均匀化处理后的AZ80镁合金分别进行了高应变速率(4×10^-1 s^-1)下的一次锻压处理、先低应变速率(4×10^-3 s^-1)后高应变速率(4×10^-1 s^-1)的分步锻压处理，并与锻压前试样进行了显微组织、耐蚀性能和耐磨性能的对比分析。结果表明：在组织细化、耐蚀及耐磨性能的改善方面，分步锻压的效果优于一次锻压。与锻压前试样相比，一次锻压可使腐蚀电位减小1.58%、腐蚀电流密度减小2.77%、500 N外加载荷条件下的磨损体积减小25.00%,分步锻压则可使腐蚀电位减小5.83%、腐蚀电流密度减小7.03%、500 N外加载荷下的磨损体积减小54.64%。分步锻压处理是改善汽车用AZ80镁合金耐蚀及耐磨性能的有效途径。     

Cu/Q235A异质钎焊接头的性能及耐腐蚀性

使用BAg30T药芯钎料对Cu/Q235A异种金属进行感应钎焊试验,研究了Cu/Q235A异种金属钎焊接头的力学性能和耐腐蚀性能.结果 表明:Cu/Q235A钎焊接头的抗拉强度为214 MPa,与铜的抗拉强度接近,接头性能良好.在Cu/Q235A钎焊接头中,耐腐蚀性能从高至低依次为Cu＞BAg30T钎缝＞Q235A;钎焊接头经盐雾腐蚀96 h后抗拉强度下降了33％,腐蚀480 h后抗拉强度下降了74％,钎焊接头抗拉强度受盐雾腐蚀影响较大;腐蚀产物主要存在钢侧和钎缝处,未被腐蚀产物覆盖的表面存在点蚀,且随着腐蚀时间的增加腐蚀坑密度和尺寸变大,微观观察表明腐蚀产物呈现棉球状和絮状,腐蚀产物主要为Fe2O3和Fe3O4,且O2与C1-参与腐蚀反应.     

3Cr管线钢CO_2腐蚀实验研究

用线性极化法(LPR)研究了3Cr管线钢在高温高压CO_2腐蚀环境下的腐蚀速率,利用电化学阻抗谱(EIS)结合SEM与EDS研究了腐蚀不同时间的腐蚀产物膜.利用EIS监测到腐蚀产物膜中出现二次富Cr程度低的内层膜,并对其进行了分析.结果表明,腐蚀产物膜分为向基体内部原位生长的非晶富Cr层与腐蚀后期在其上沉积的FeCO_3晶粒层两部分,腐蚀膜内含Cr化合物的不断富集和致密度的提高,是腐蚀速率持续下降的主因;含Cr化合物的成膜需要一定的Cr~(3+)浓度;由于3Cr管线钢的点蚀源处的局部腐蚀速率较快,导致Cr~(3+)局部富集成膜,使点蚀源内腐蚀产物膜Cr/Fe比远高于周围,从而抑制了蚀坑的发展.     

铜绿假单胞菌对CrCoNi中熵合金微生物腐蚀行为的影响

采用多种电化学实验手段及场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)等分析技术,结合活死细菌染色实验、点蚀坑深度分析等方法,以316L不锈钢为对比,研究了CrCoNi中熵合金在含铜绿假单胞菌培养基中的微生物腐蚀行为。结果表明:铜绿假单胞菌能够在CrCoNi中熵合金表面形成不均匀的生物被膜,从而降低开路电位,减小极化电阻和电荷转移电阻,增大腐蚀电流密度;铜绿假单胞菌生物被膜在一定程度上破坏了钝化膜,导致浸泡在含铜绿假单胞菌培养基中的CrCoNi中熵合金的最大点蚀坑深度(4.8μm)大于无菌培养基中CrCoNi中熵合金的最大点蚀坑深度(2.3μm)。与316L不锈钢相比,CrCoNi中熵合金的开路电位较高,腐蚀电流密度和腐蚀速率较小,钝化膜的修复能力较强,在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡后的最大点蚀坑深度小于316L不锈钢(5.8μm)。     

含Cu抗细菌腐蚀管线钢的研制及其性能

采用超低碳、低锰和微合金元素技术开发了Cu质量分数分别为0.9%,1.4%,1.8%的高强度抗细菌腐蚀板材，并对板材进行了硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀试验。结果表明：随着Cu含量的增加，板材的抗细菌腐蚀能力增强，SRB均匀腐蚀速率降低，SRB点蚀深度也降低。优选了Cu质量分数1.4%的抗细菌腐蚀管线钢，经过时效热处理工艺后，可析出大量30～50 nm的球状富Cu相，经过500℃+1 h的时效热处理后，试样的-20℃夏比冲击结果为184～220 J。调节时效处理工艺可获得X80钢级抗菌板材需要的力学性能，含Cu管线钢时效后的富Cu相对管线钢的抗细菌腐蚀性能起到了关键作用。     

微量稀土对HAl77-2铜合金组织及耐腐蚀性能的影响

采用光学显微镜和常规力学性能测试分析了微量稀土对HAl77-2铝黄铜组织和力学性能的影响,结合静态腐蚀实验研究了添加稀土后合金耐腐蚀性能的变化,并利用扫描电镜、能谱分析和XRD等方法对腐蚀产物层进行了分析。结果表明：添加适量稀土可以使铝黄铜晶粒细化,强度提高,但塑性有所下降;在3.5%NaCl 溶液中,含稀土铝黄铜比不含稀土的铝黄铜耐蚀性能好,表面形成一层致密且与基体结合牢固的腐蚀产物层,其主要成分：内层为Al₂O₃和稀土氧化物,外层为 Cu、Zn的碱式氯化物和氯化物;而在3.5%NaCl+0.05%S^2-溶液中,添加稀土虽能改善腐蚀产物层结构,但膜层已被Cu₂S严重脆化,合金耐腐蚀性能反而略有下降。     

X70管线钢焊接接头慢拉伸应力腐蚀行为

利用金相显微镜观察了X70管线钢焊接接头组织结构,通过慢拉伸试验分析了X70管线钢焊接接头在NACE溶液中应力腐蚀行为,测试了X70管线钢焊接接头在不同H2S浓度下电化学腐蚀电位,讨论了X70管线钢焊接接头自腐蚀电位形成机理。结果表明,X70管线钢焊接接头熔合区中M-A组元所产生的微裂纹是焊接接头应力腐蚀产生裂纹的主要来源,使得其耐腐蚀性能下降;焊接接头在腐蚀初期主要表现为典型的点腐蚀特征,点蚀坑相互连接不断扩展,点蚀坑被生成的腐蚀产物所覆盖;焊接接头自腐蚀电位随着H2S浓度的增加而发生负移,应力腐蚀敏感性增加,在含饱和H2S NACE溶液中具有明显的应力腐蚀倾向。