20钢在CO 2 /水两相塞状流条件下的初期腐蚀行为

发布时间：2021-03-08 20:15

　　通过失重法、SEM、X射线光电子能谱分析（XPS）等方法研究了20钢在CO₂/水气液两相塞状流条件下初始阶段的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程初期存在明显的腐蚀速率减速过渡阶段,不同CO₂压力下腐蚀速率的差异随着腐蚀时间的延长而逐渐减小;腐蚀产物的沉淀从管壁表面的缺陷处或晶界处开始,进而向周围扩展直至腐蚀产物在管壁表面全部覆盖,管壁表面最初形成针状腐蚀产物层,而后在其表面逐渐形成絮凝腐蚀产物;腐蚀产物层中的主要组成相有Fe₃C、FeCO₃、FeOOH和Fe₃O₄。 

【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(08)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

动态腐蚀设备示意图

图2为室温下20钢在不同CO2压力条件下腐蚀速率随时间的变化关系曲线。可见，不同CO2分压情况下的腐蚀速率趋势较为相似，在腐蚀过程开始时腐蚀速率异常高，此现象在较高CO2分压条件下尤为明显；腐蚀5min后0.18MPa CO2分压条件下的腐蚀速率（7.28 mm/a）远高于在0.05 MPa CO2分压条件下的腐蚀速率（4.85mm/a）。所有分压条件下的腐蚀速率都随着腐蚀时间的延长而急剧下降，腐蚀时间60 min后所有CO2分压条件下腐蚀速率趋于平缓。腐蚀开始阶段，不同CO2分压条件下腐蚀速率差异最大，随着腐蚀时间的延长，腐蚀速率差异逐渐变小。最初阶段较高腐蚀速率可能是由腐蚀性离子（H+、HCO3-）与腐蚀开始时的钢表面的“完全接触”造成的。CO2分压越高，溶液中的腐蚀性离子越多，在其他腐蚀条件不利于碳酸亚铁腐蚀产物膜形成的情况下，高浓度的腐蚀性离子会促进腐蚀电化学反应从而加快腐蚀速率[7]，导致初始腐蚀速率的巨大差异。在腐蚀的第一个小时内，随着腐蚀进行到一定程度，钢表面可能被少量腐蚀产物覆盖。这在很大程度上可防止腐蚀性离子与钢表面的完全接触，从而导致腐蚀速率急剧下降[8]。2.2 SEM表面形貌

图5为在0.18 MPa CO2分压条件下不同腐蚀时间后内壁上腐蚀产物膜的XRD图谱。可见，不同时间下腐蚀产物膜的主要相组成基本保持不变，为Fe3C、FeCO3、Fe3O4、Fe OOH。其中Fe与Fe3C为钢管的主要成分，腐蚀过程中铁素体溶解后层片状Fe3C残留下来并露出基体表面，未被腐蚀的Fe3C成为腐蚀产物沉积与长大的基底或“骨架”，腐蚀产物较为疏松，因此产物组成相中含有Fe。图5也检测到FeOOH的衍射峰。对于Fe OOH的形成，Pfennig[11]认为第一步可能为Fe(OH)2化合物的形成，第二步对应α-FeOOH的形成，反应过程如下：Ma[12]则认为α-FeOOH在Cl-促进作用下由γ-FeOOH转化，转化过程为亚铁离子首先水合生成[FeOH+],[FeOH+]随后经过氧化和沉积，最后形成γ-FeOOH。但Ochoa[13]认为其形成过程与样品在放入分析室之前暴露在空气中时碳酸亚铁的部分分解有关。


本文编号：3071609