砂粒和氯离子对P110钢冲刷与腐蚀性能的影响.pdf

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1、第39卷第4期化工机械447砂粒和氯离子对P110钢冲刷与腐蚀性能的影响+张旭昀++1朱闯1孙丽丽1李强2王勇1毕凤琴1(1．东北石油大学材料科学与工程系；2．广东大鹏液化天然气有限公司)摘要采用旋转团盘冲蚀仪并辅以腐蚀电化学工作站分别测试了P110钢(26crM04)在含不同砂粒粒径和氯离子浓度溶液中的冲刷腐蚀行为。借助扫描电镜形貌观察，分析了不同氯离子浓度与砂粒粒径对P110钢冲蚀速率和腐蚀行为的影响规律。结果表明：砂粒粒径和氯离子浓度对P1lO钢冲刷和腐蚀过程有着重要影响，均为腐蚀和机械的协同作用所致。粒径较大的砂

2、粒在冲刷时加速了传质过程，引起腐蚀作用的增加，最终导致整个冲刷腐蚀失重率的增加。氯离子的存在致使腐蚀过程中大量点蚀坑的形成，引起局部冲刷作用的加剧，最终导致PllO钢的整个冲刷腐蚀失重速率增加。关键词P110钢冲刷腐蚀失重电化学行为中图分类号TQ051．9文献标识码A文章编号0254石094(2012)04-0“7_05在化工、矿山、水利、能源及建材等许多工业领域，用于物流输送的泵、叶片、管道及阀门等工业过流部件经常发生冲刷腐蚀损坏现象，使其使用寿命大大缩短。在油田开采过程中，随着油田含水量的增多，腐蚀逐渐加剧，PllO

3、级石油套管虽为套管中的中高级产品，具有良好的综合力学性能。但由于井下多相流体的存在，使暴露在运动流体中的套管都会遭受到腐蚀与冲刷的联合破坏，尤其是在含颗粒的双相流中破坏更为严重，极大地降低了使用寿命¨1。以往对于冲刷腐蚀的研究只是基于单一失重法所取得的结果，并未涉及其中腐蚀过程的作用。笔者对P110钢在含不同砂粒粒径和不同氯离子浓度溶液中的冲刷与腐蚀规律开展了研究，研究结果可以为今后油田套管的冲刷腐蚀及其防护工作提供理论依据。1试验1．1试验仪器、材料和介质试验装置采用中国科学院金属所多相流组自主设计的带电化学工作站的旋

4、转圆盘式冲刷腐蚀试验机弘。。电化学测试系统由EG&GPARCM263恒电位仪、Model5210频率响应仪和微机组成。电化学测试采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极是铂(或硅碳棒)，工作电极为用环氧树脂封装的P110钢。P110钢加工尺寸为咖16±0．02mm，工作暴露面积为2cm2。测试时同时安装4个平行试样，其中3个用于失重法计算冲刷腐蚀速率，一个用于电化学测试。测试用P110钢(26crM04)具体化学成分经德国Spctrolab．M10直读光谱仪测试，结果见表1。表1P110钢的化学成分％试验介质为加

5、入不同粒径石英砂(95．3一(o％Nacl、3％Nacl)的溶液，冲蚀速率均为4m／s，191．6pm、47．7—71．5卜m)以及不同浓度氯离子冲刷腐蚀时间为12h。+国家科技重大专项“十二五”规划课题(2011zx05016国03)。t·张旭昀，男，1973年12月生，副教授。黑龙江省大庆市，163318。448化工机械2012年1．2试验过程试验前，试样工作面依次经150。一800。水磨砂纸打磨，丙酮清洗、吹干，用电子天平称重后备用。试验时，将试样非工作面的侧面和台阶厢704硅胶涂封，保证只有2cm2的工作面暴露在

6、腐蚀介质中。电化学测试在腐蚀电位稳定后进行，线性极化曲线(线性极化电阻尺。)测试间隔时间为3h，扫描速率为0．166mV／s，扫描范围为相对于自腐蚀电位±10mV。动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试在冲刷腐蚀结束时(12h)进行，扫描速率为0．5mV／8，扫描范围为相对于自腐蚀电位±500mV。电化学阻抗谱的频率范围为o．01～10000Hz，交流激励信号幅值为10mV。试验结束后将试样表面用蒸馏水冲洗去除腐蚀介质，无水酒精清洗后烘干，电子天平称重，计算试样失重和平均腐蚀速率。使用日本Hitachis-3400N扫描电镜(

7、SEM)对腐蚀后试件表面进行形貌分析。2结果与讨论2．1不同粒径影响图l为P110钢在含有不同粒径的石英砂粒介质中冲刷腐蚀的失重速率。由图1可知，P110钢的冲刷腐蚀失重率随着砂粒粒径的增加而增加。÷'gk{蒋幽1妊

8、1水95．3_191．6斗m47．7～71．5斗m图1不同砂粒粒径时的冲刷腐蚀失重速率图2为P110钢在砂粒粒径介质中冲刷腐蚀过程中的线性极化电阻(R。)测试结果。根据斯特恩公式：，：旦⋯R。式中曰为与阴极和阳极斜率相关的常数，可以得出尺。与腐蚀电流，。。成反比。由图2可知，随冲蚀时间的增加，同等粒径情况下

9、尺。随着时间的增加而变小，说明腐蚀电流增加，在整个冲刷腐蚀过程中腐蚀作用加剧。随着颗粒粒径的增加，R，值相应降低，说明腐蚀速率随着砂粒粒径的增加而增大。这是因为在砂粒粒径大的颗粒对材料表面吸附层的破坏作用加剧，致使材料表面膜破裂，腐蚀作用增强。图2不同砂粒粒径时冲蚀过程中的线性极化电阻图3为P110钢在不同砂粒粒径介