温度对X90管线钢及其焊缝电化学腐蚀行为的影响
发布时间：2021-07-29 17:48
采用光学显微镜（OM）和电化学测试等方法研究了X90管线钢及其焊缝的显微组织和在不同温度近中性模拟土壤溶液中电化学腐蚀行为,分析了温度对其电化学腐蚀行为的影响。结果表明:X90管线钢母材的显微组织为粒状贝氏体和少量多边形铁素体,焊缝的显微组织为针状铁素体和少量粒状贝氏体;随着测试温度的升高,母材和焊缝的开路电位向负方向移动,材料的热力学稳定性下降,腐蚀倾向增加;母材和焊缝的极化曲线具有阳极溶解特征,无明显的钝化区,随着测试温度的升高,母材和焊缝的腐蚀电流密度增大,极化电阻减小,耐蚀性下降;在相同测试温度下,焊缝的腐蚀速率大于母材的,说明焊缝的耐蚀性较差;在测试环境中,X90管线钢的腐蚀过程主要受阴极扩散控制。
【文章来源】：腐蚀与防护. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
X90管线钢母材和焊缝的显微组织
图3为X90管线钢母材和焊缝在不同温度近中性模拟土壤溶液中的极化曲线。可见，母材和焊缝均表现为阳极溶解特征，无明显的钝化区。随着测试温度的升高，母材和焊缝的极化曲线向右下方移动，这说明材料的自腐蚀电位降低，电化学稳定下降，发生腐蚀的趋势增加。自腐蚀电位是试样表面没有电荷积累，净电流等于零时的极化电位，此时阳极电流密度等于阴极电流密度。在近中性的模拟土壤溶液中，X90管线钢母材在25、45、60、75℃时的自腐蚀电位分别为-707、-733、-765、-818mV，焊缝的自腐蚀电位分别为-735、-754、-769、-823mV。可见，在不同温度的近中性模拟土壤溶液中，X90管线钢母材和焊缝的自腐蚀电位由高到低依次为25℃>45℃>60℃>75℃。根据式（1）对X90管线钢母材和焊缝的极化曲线进行拟合，得到的电化学参数列于表1。可见，在近中性的模拟土壤溶液中，随着温度的升高，材料的自腐蚀电流密度增大，这说明其腐蚀速率增大。在25、45、60、75℃时，母材的自腐蚀电流密度分别为10.12、12.08、15.07、20.74μA/cm2，焊缝的自腐蚀电流密度分别为12.35、15.32、19.27、25.23μA/cm2。在测试温度范围内，X90管线钢母材和焊缝的阴极Tafel常数明显大于阳极Tafel常数，这说明在材料的腐蚀过程中阴极反应的影响大于阳极反应的[16]。由法拉第第二定律可知，自腐蚀电流密度越大，材料的腐蚀速率越大，相应的耐蚀性就越差[1]。由于焊接是一个冶金过程，在焊缝成型过程中，焊缝附近的金属相当于经历了不同温度的热处理，焊接过程的瞬时性和温度分布不均性导致热影响区和焊缝的组织结构和成分存在差异，此外焊缝的冷却速率较快，导致焊缝和热影响区存在较多的晶格缺陷，电化学活性较高，易于发生腐蚀[11,15]。因此，在不同温度的近中性模拟土壤溶液中，X90管线钢母材和焊缝的耐蚀性依次为25℃>45℃>60℃>75℃。
对电化学阻抗谱进行拟合可获得腐蚀过程的极化电阻Rp(Rp=Rt+Rs），材料的极化电阻值越大，其耐蚀性能越好。由表2可见，随着温度的升高，母材和焊缝的溶液电阻和电荷传递电阻呈现减小趋势，相同测试温度下母材的溶液电阻和电荷传递电阻均大于焊缝的；当测试温度为25、45、60、75℃时，母材的极化电阻值分别为1 540.2、912.2、795.4、550.7Ω·cm2，焊缝的极化电阻值分别为952.4、805.8、706.4、519.3Ω·cm2，这说明随着测试温度的升高，材料的耐蚀性变差，且母材的耐蚀性优于焊缝的。在电化学阻抗谱中，容抗弧并不是完整的半圆，其圆心位于阻抗复平面的第四象限，这说明腐蚀过程中存在着严重的弥散效应，弥散效应通常由电极表面的不平整引起[19-20]。随着温度的升高，X90管线钢母材和焊缝的弥散指数n呈现减小趋势，n减小，说明弥散效应增大。在75℃近中性模拟土壤溶液中，母材和焊缝的n值最小，说明X90管线钢在75℃下有较大的弥散效应。图5 在不同温度下X90管线钢母材和焊缝电化学阻抗谱的等效电路图
【参考文献】：
期刊论文
[1]CT80钢级连续油管焊接接头在不同质量分数NaCl溶液中的电化学腐蚀行为[J]. 雒设计,张辉,韩礼红. 机械工程材料. 2018(12)
[2]X90管线钢管埋弧焊缝组织与性能分析[J]. 毕宗岳,杨军,牛辉,黄晓江. 焊接学报. 2018(10)
[3]X90管线钢母材和焊缝在近中性模拟溶液中不同加载电位下的应力腐蚀行为[J]. 罗金恒,雒设计,李丽锋,张良,武刚,朱丽霞. 天然气工业. 2018(08)
[4]Incoloy825合金在不同温度3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 朱敏,袁永锋,刘俊,聂轮,周健. 中国腐蚀与防护学报. 2016(06)
[5]温度对X80管线钢及其焊缝腐蚀行为的影响[J]. 谢飞,许长浩,王丹,吴明,王海燕,谢宏宇. 钢铁. 2015(08)
[6]铬铝复合合金化对J55钢腐蚀电化学影响的研究[J]. 刘明,薛玉娜,王荣. 腐蚀科学与防护技术. 2013(06)
[7]X120钢级螺旋缝埋弧焊管研制结果及分析[J]. 李延丰. 钢管. 2012(02)
[8]X80钢焊接接头在酸性模拟液中的电化学腐蚀[J]. 唐君,刘峰. 辽宁石油化工大学学报. 2011(04)
本文编号：3309774
【文章来源】：腐蚀与防护. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
X90管线钢母材和焊缝的显微组织
图3为X90管线钢母材和焊缝在不同温度近中性模拟土壤溶液中的极化曲线。可见，母材和焊缝均表现为阳极溶解特征，无明显的钝化区。随着测试温度的升高，母材和焊缝的极化曲线向右下方移动，这说明材料的自腐蚀电位降低，电化学稳定下降，发生腐蚀的趋势增加。自腐蚀电位是试样表面没有电荷积累，净电流等于零时的极化电位，此时阳极电流密度等于阴极电流密度。在近中性的模拟土壤溶液中，X90管线钢母材在25、45、60、75℃时的自腐蚀电位分别为-707、-733、-765、-818mV，焊缝的自腐蚀电位分别为-735、-754、-769、-823mV。可见，在不同温度的近中性模拟土壤溶液中，X90管线钢母材和焊缝的自腐蚀电位由高到低依次为25℃>45℃>60℃>75℃。根据式（1）对X90管线钢母材和焊缝的极化曲线进行拟合，得到的电化学参数列于表1。可见，在近中性的模拟土壤溶液中，随着温度的升高，材料的自腐蚀电流密度增大，这说明其腐蚀速率增大。在25、45、60、75℃时，母材的自腐蚀电流密度分别为10.12、12.08、15.07、20.74μA/cm2，焊缝的自腐蚀电流密度分别为12.35、15.32、19.27、25.23μA/cm2。在测试温度范围内，X90管线钢母材和焊缝的阴极Tafel常数明显大于阳极Tafel常数，这说明在材料的腐蚀过程中阴极反应的影响大于阳极反应的[16]。由法拉第第二定律可知，自腐蚀电流密度越大，材料的腐蚀速率越大，相应的耐蚀性就越差[1]。由于焊接是一个冶金过程，在焊缝成型过程中，焊缝附近的金属相当于经历了不同温度的热处理，焊接过程的瞬时性和温度分布不均性导致热影响区和焊缝的组织结构和成分存在差异，此外焊缝的冷却速率较快，导致焊缝和热影响区存在较多的晶格缺陷，电化学活性较高，易于发生腐蚀[11,15]。因此，在不同温度的近中性模拟土壤溶液中，X90管线钢母材和焊缝的耐蚀性依次为25℃>45℃>60℃>75℃。
对电化学阻抗谱进行拟合可获得腐蚀过程的极化电阻Rp(Rp=Rt+Rs），材料的极化电阻值越大，其耐蚀性能越好。由表2可见，随着温度的升高，母材和焊缝的溶液电阻和电荷传递电阻呈现减小趋势，相同测试温度下母材的溶液电阻和电荷传递电阻均大于焊缝的；当测试温度为25、45、60、75℃时，母材的极化电阻值分别为1 540.2、912.2、795.4、550.7Ω·cm2，焊缝的极化电阻值分别为952.4、805.8、706.4、519.3Ω·cm2，这说明随着测试温度的升高，材料的耐蚀性变差，且母材的耐蚀性优于焊缝的。在电化学阻抗谱中，容抗弧并不是完整的半圆，其圆心位于阻抗复平面的第四象限，这说明腐蚀过程中存在着严重的弥散效应，弥散效应通常由电极表面的不平整引起[19-20]。随着温度的升高，X90管线钢母材和焊缝的弥散指数n呈现减小趋势，n减小，说明弥散效应增大。在75℃近中性模拟土壤溶液中，母材和焊缝的n值最小，说明X90管线钢在75℃下有较大的弥散效应。图5 在不同温度下X90管线钢母材和焊缝电化学阻抗谱的等效电路图
【参考文献】：
期刊论文
[1]CT80钢级连续油管焊接接头在不同质量分数NaCl溶液中的电化学腐蚀行为[J]. 雒设计,张辉,韩礼红. 机械工程材料. 2018(12)
[2]X90管线钢管埋弧焊缝组织与性能分析[J]. 毕宗岳,杨军,牛辉,黄晓江. 焊接学报. 2018(10)
[3]X90管线钢母材和焊缝在近中性模拟溶液中不同加载电位下的应力腐蚀行为[J]. 罗金恒,雒设计,李丽锋,张良,武刚,朱丽霞. 天然气工业. 2018(08)
[4]Incoloy825合金在不同温度3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 朱敏,袁永锋,刘俊,聂轮,周健. 中国腐蚀与防护学报. 2016(06)
[5]温度对X80管线钢及其焊缝腐蚀行为的影响[J]. 谢飞,许长浩,王丹,吴明,王海燕,谢宏宇. 钢铁. 2015(08)
[6]铬铝复合合金化对J55钢腐蚀电化学影响的研究[J]. 刘明,薛玉娜,王荣. 腐蚀科学与防护技术. 2013(06)
[7]X120钢级螺旋缝埋弧焊管研制结果及分析[J]. 李延丰. 钢管. 2012(02)
[8]X80钢焊接接头在酸性模拟液中的电化学腐蚀[J]. 唐君,刘峰. 辽宁石油化工大学学报. 2011(04)
本文编号：3309774
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