X80管线钢在NACE溶液中的腐蚀电化学行为研究

发布时间：2017-09-05 06:06

  本文关键词：X80管线钢在NACE溶液中的腐蚀电化学行为研究

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【摘要】：油气输送管道的焊接接头因成分和组织不均匀、应力集中等因素而容易导致局部腐蚀,是管道输送安全的最薄弱环节之一,其腐蚀控制也一直是人们关注的焦点。管线钢焊接接头作为一个由母材、焊接热影响区和焊缝金属组成的宏观的短路原电池,它在管线内部工艺环境中的腐蚀演化过程及其机理尚未厘清;传统的电化学测试方法由于仅能分别获取母材、热影响区或者焊缝金属的统计平均的电化学信息,在表征焊接接头这一非均匀结构的高度局域化的腐蚀过程时存在一定局限性。为解决上述问题,本文首先利用传统的电化学测试方法研究了X80管线钢焊接接头的各组成部分(母材、热影响区、焊缝金属)在NACE溶液中的电化学腐蚀行为,以及浸泡时间和液层厚度变化带来的影响;然后,利用阵列电极方法模拟了焊接接头试样,结合课题组开发的多通道电偶腐蚀测试系统,研究了焊接接头的多体电偶腐蚀行为,以及母材/热影响区/焊缝金属的面积比和醋酸浓度对腐蚀过程的影响。主要结果如下:1、孤立的母材、热影响区和焊缝金属电极在NACE溶液中的腐蚀电化学行为类似,均表现为金属在电解质溶液里的活性溶解,不过,解析得到的动力学数据存在一定差异;随浸泡时间的延长,电极表面逐渐形成腐蚀产物膜,一定程度上抑制了电极反应的进一步进行,但该腐蚀产物膜结构比较疏松,对电极的防护效果有限,受到这种疏松产物膜以及溶液中氯离子的影响,电极表面最终发生了严重的局部腐蚀。2、孤立的母材、热影响区和焊缝金属样品在液层厚度不同的NACE溶液中腐蚀特征也基本一致,仍然表现为活性溶解。对于水线处的电极样品,由于液面上的薄膜阻碍了气体向液相的扩散、溶解,从而抑制了该处阴极反应过程,导致其自腐蚀电位远远负于其它液层厚度的电极,电流密度也最低;然而,受样品表面的腐蚀产物膜以及溶液中氯离子的影响,水线处电极发生严重的局部腐蚀。其它较厚液层处的电极样品在实验时间内仅表现出阳极活化性溶解特征,无腐蚀产物膜生成。3、当阵列电极模拟的焊接接头全浸在NACE溶液中时,其中的焊缝金属始终做短路电池的主阳极,热影响区始终做主阴极,母材则随着与热影响区之间距离的不断增大,表现为极性交替变化、电流大小不一;考虑到电偶腐蚀的加速情况,在邻近热影响区的母材区很可能会出现一些腐蚀较严重的活性点,成为影响焊接接头安全的潜在威胁。4、保持模拟焊接接头中母材和热影响区的面积比为10:2,逐渐减小焊缝金属面积比例时,主阳极和主阴极的电流强度以及电位差均明显增大,而远离热影响区的母材则基本表现为自腐蚀状态,即,电偶腐蚀的强度增大,而作用范围缩小,电偶腐蚀高度局域化。5、当NACE溶液的醋酸含量由0逐渐增加到1.0 mass%时,主阳极和主阴极的极化程度增强,电流绝对值明显增大,电偶腐蚀的强度增加,阴极保护的范围缩小,表明少量的醋酸可以强化焊接接头的电偶腐蚀。本文的研究结果有助于深化我们对管道焊接接头局部腐蚀过程的认识和理解,也可以为管线钢的现场焊接工艺和腐蚀控制提供一定的科学依据和参考。
【关键词】：X80 NACE溶液 阵列电极 模拟焊接接头 面积比 醋酸
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407;TG174.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 前言10
• 1.2 管线钢及焊接技术的发展10-14
• 1.2.1 管线钢的发展10-12
• 1.2.2 管线钢焊接工艺12-13
• 1.2.3 X80管线钢的焊接性13-14
• 1.3 管线钢的腐蚀研究现状14-23
• 1.3.1 管线钢内腐蚀研究进展14-20
• 1.3.2 管线钢外腐蚀研究现状20
• 1.3.3 管线钢焊接接头腐蚀研究现状20-23
• 1.4 水线腐蚀研究现状23
• 1.5 丝束电极技术研究进展23-25
• 1.6 课题的研究意义及主要内容25-26
• 1.6.1 课题的研究意义25
• 1.6.2 主要研究内容25-26
• 第二章 材料与实验方法26-32
• 2.1 实验溶液26
• 2.2 实验电极26-29
• 2.2.1 电极材料26-27
• 2.2.2 电极材料加工27-28
• 2.2.3 电极制备28-29
• 2.3 实验装置与设备29-30
• 2.3.1 实验装置29-30
• 2.3.2 实验设备30
• 2.4 金相分析30-32
• 第三章 焊接接头各部分在NACE溶液中的腐蚀行为32-51
• 3.1 实验内容32
• 3.2 浸泡时间对焊接接头各部分腐蚀特性的影响32-41
• 3.2.1 浸泡时间对焊接接头各部分开路电位的影响32-33
• 3.2.2 浸泡时间对母材金属电极腐蚀行为影响33-36
• 3.2.3 浸泡时间对热影响区金属电极腐蚀行为影响36-39
• 3.2.4 浸泡时间对焊缝金属电极腐蚀行为影响39-41
• 3.3 液层厚度对焊接接头各部分腐蚀行为影响41-50
• 3.3.1 液层厚度变化对焊接接头各部分开路电位的影响42-43
• 3.3.2 液层厚度变化对母材金属电极腐蚀行为的影响43-46
• 3.3.3 液层厚度变化对热影响区金属电极腐蚀行为的影响46-48
• 3.3.4 液层厚度变化对焊缝金属电极腐蚀行为的影响48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 模拟焊接接头在NACE溶液中的腐蚀行为51-64
• 4.1 实验内容51
• 4.2 面积比对模拟焊接接头腐蚀的影响51-59
• 4.2.1 面积比为 10:2:1 模拟焊接接头腐蚀行为51-54
• 4.2.2 焊缝金属面积增加对腐蚀行为的影响54-59
• 4.3 醋酸浓度对模拟焊接接头腐蚀行为的影响59-63
• 4.3.1 醋酸浓度对模拟焊接接头电流分布的影响59-61
• 4.3.2 醋酸浓度对模拟焊接接头电位分布的影响61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果72-73
• 致谢73

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