大型原油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)鋼及其焊接接頭腐蝕行為的研究.pdf

1、大型原油儲(chǔ)罐用低合金高強(qiáng)鋼（簡(jiǎn)稱高強(qiáng)鋼）具有良好的力學(xué)性能和耐大熱輸入焊接性能，廣泛用于容積十萬(wàn)立方米及其以上大型原油儲(chǔ)罐建設(shè)。近年來(lái)，由于國(guó)產(chǎn)原油品質(zhì)下降和進(jìn)口原油以腐蝕性高硫原油為主，致使原油儲(chǔ)罐在服役過(guò)程中遭受嚴(yán)重腐蝕。此外我國(guó)原油儲(chǔ)備基地沿海建設(shè)地理特征，使得采用海水取代目前常用的淡水做沖水試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)效益明顯，但也面臨儲(chǔ)罐的海水腐蝕問(wèn)題。目前，針對(duì)大型原油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)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(lǐng)域

2、的研究。
　　 本論文以大型原油儲(chǔ)罐三種代表性高強(qiáng)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(duì)象，分別在NaHS03溶液、淡水、海水和3.5％NaCI溶液中進(jìn)行失重和電化學(xué)試驗(yàn)，并結(jié)合一定的顯微分析手段，評(píng)價(jià)試樣在不同腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為，揭示其腐蝕過(guò)程特征、影響因素及腐蝕機(jī)理，論證大型原油儲(chǔ)罐海水水壓試

3、驗(yàn)的可行性，獲得主要結(jié)論如下：
　　 在四種腐蝕溶液中長(zhǎng)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(shí)腐蝕過(guò)程中分為二個(gè)階段，在腐蝕前144小時(shí)，鋼板的腐蝕速度與其表面金屬活性大小有關(guān)，Q235鋼的腐蝕速度較?。褐?，試樣的腐蝕速度與腐蝕銹層的保護(hù)性能有關(guān)，高強(qiáng)鋼的腐蝕速度較小。
　　 顯微分析結(jié)果表明，高強(qiáng)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(hù)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(lái)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(jié)果表明，可以根據(jù)腐蝕電化學(xué)阻抗譜的Nyquist和Bode圖譜（演化）特征區(qū)分鋼板在腐蝕過(guò)程中的不同腐蝕階段。四種鋼在NaHS03溶液腐蝕過(guò)程由三個(gè)階段組成：當(dāng)t<129h時(shí)，為金屬活性溶解階段，Nyquist圖呈現(xiàn)單一的容抗?。划?dāng)t=129—408h時(shí)，為穩(wěn)定腐蝕銹層形成階段，Nyquist圖表現(xiàn)為兩個(gè)容抗??；當(dāng)t>408h時(shí)，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(duì)比四種鋼在淡水和海

6、水中腐蝕過(guò)程可以看出，試樣淡水腐蝕分為兩個(gè)階段，t<336h時(shí)，為活性金屬溶解階段，Nyquist圖呈現(xiàn)單一容抗弧；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(kuò)散弧。而四種鋼的海水腐蝕可分為三個(gè)階段：當(dāng)t<144小時(shí)，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(dāng)t=144--576小時(shí)，為穩(wěn)定的腐蝕銹層形成階段，Nyquist圖呈現(xiàn)兩個(gè)容抗??；當(dāng)t>576小時(shí)，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(guò)程差異與其在這兩種溶液中不同腐蝕機(jī)制有關(guān)，其中海水腐蝕時(shí)試樣表面的CI吸附機(jī)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(guò)研究腐蝕產(chǎn)物在海水中作用機(jī)理表明，陽(yáng)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(jié)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(yán)重，這與試樣不同顯微組織和M-A組元的析出有關(guān)。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(shí)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(guān)，隨著熱輸入的增加，試樣的貝氏體組織由細(xì)密的長(zhǎng)條狀變?yōu)槎虠l狀，最終形成粒狀組織。研究表明長(zhǎng)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