表面状态对304不锈钢/20钢双金属复合管耐腐蚀性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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随着能源需求的日益增长，油气田开采逐渐向深井、高腐蚀环境延伸。目前，高腐蚀性油气田在开采作业和油气输送中普遍采用耐蚀合金甚至镍基合金管道。然而，普通耐蚀管材中用作耐腐蚀的部分仅占1/3左右，其余部分作结构支撑，这样造成了资源的极大浪费。为了降低成本，延长管道的使用寿命，国内外学者针对高H2S/CO2/Cl-气田的严重腐蚀问题开展了多年研究。结果表明，使用耐蚀合金复合管是解决管道腐蚀问题相对安全和经济的途径之一。本研究选用最具有代表性的304不锈钢/20钢机械式复合管作为研究对象，对比研究304不锈钢内衬管经过塑性加工、抛光处理前后在含Cl-溶液中的电化学腐蚀行为。
试验选用304不锈钢/20钢双金属复合管，其化学成分见表1：
表1 试验用双金属复合管的化学成分（ω，%）
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钢种
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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Mo
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304不锈钢
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0.03
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0.34
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1.89
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0.025
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0.032
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16.54
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11.24
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1.62
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20钢
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0.21
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0.37
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0.44
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0.029
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0.03
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0.25
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0.21
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0.21
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将试验用供应态（未塑性加工）与经历了复合变形的304不锈钢，以及抛光处理前后的304不锈钢试件加工成工作面积为1cm2的电极。电极的一端与铜线焊接，用来导通电路，另一面作为工作面，其余部分均用环氧树脂密封。
抛光处理时，电极的工作面依次用400#、800#、1200#和2000#砂纸逐级打磨，然后用金相试样抛光机打磨成镜面，再用去离子水清洗，放置到装有去离子水的烧杯中保存待用。试验用溶液为NaCl，所用试验仪器见表2：
表2 试验用仪器
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名称
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型号
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生产厂家
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电化学工作站
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PARSTAT 2273
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美国普林斯顿应用研究
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电子天平
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HX-T
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慈溪市天东衡器厂
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金相试样抛光机
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P-2
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莱州市蔚仪实验器械制造有限公司
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试验采用极化曲线测试方法，通过稳态极化曲线形状、斜率及极化曲线的位置，可以研究腐蚀过程的电化学行为特性及阴极和阳极反应的控制特征等。在三电极体系中加入NaCl溶液400mL，安装好工作电极，并与装有腐蚀测量系统软件的计算机连接，设置动电位扫描范围为-1～+1.6V，扫描速率为50mV/min，测定在0.08mol/L的Cl-腐蚀介质中的极化曲线。
通过对比研究了304不锈钢/20钢机械式复合管经过塑性加工、抛光处理后，在Cl-溶液中的腐蚀过程和耐腐蚀测试结果，得到如下结论：
（1）未抛光处理的304不锈钢，在0.08mol/L的中性Cl-腐蚀介质中腐蚀，塑性加工后自腐蚀电位负移，腐蚀电流大幅增加，腐蚀加剧。这源于塑性加工产生了晶格变形与残余应力等因素，促使了金属的腐蚀。
（2）抛光处理的304不锈钢，在0.08mol/L的中性Cl-腐蚀介质中腐蚀，塑性加工后自腐蚀电位负移，腐蚀电流变大，但是相对变化很小。可见，通过改善表面加工质量可以使304不锈钢的耐腐蚀性能大为提高。
（3）不同表面粗糙度试样在0.08mol/L的中性Cl-腐蚀介质中的动电位极化曲线表明，表面粗糙度越小，金属的耐腐蚀性越好。