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    石油天然氣用螺旋埋弧焊不銹鋼管表面麻坑產生原因分析

    對某石油天然氣用L360MB螺旋埋弧焊管的存儲狀況進行了現場調查,并借助金相顯微鏡、高頻紅外碳硫分析儀、原子吸收分光光度計、紫外可見分光光度計、X射線能譜儀、X射線衍射儀等手段,對其不銹鋼管材質和其接觸的介質以及腐蝕產物進行了檢測,并分析了不銹鋼管腐蝕的原因。結果表明該批不銹鋼管接觸地面的水含量及氯離子含量較高,從而導致不銹鋼管和地面接觸的部位產生縫隙腐蝕,不銹鋼管表面麻坑缺陷為縫隙腐蝕產生的腐蝕坑。對于此類缺陷不銹鋼管,可根據腐蝕坑的深度程度,分別采取修磨使用和切除使用。為避免此類腐蝕的發生,不銹鋼管儲存時應采取有關措施使不銹鋼管和地面保持足夠的距離。

    一、工件概況

    某石油天然氣用L360MBΦ813×14.3mm螺旋埋弧焊不銹鋼管不銹鋼管按正常工藝生產完成后,先后堆放于廠區、中轉站貨場及露天地面等處,截止發現部分不銹鋼管表面產生麻坑時,歷時6個月左右時間。該批不銹鋼管共計生產700根,其中產生表面麻坑的不銹鋼管35根,麻坑缺陷不銹鋼管比例為5%。某單位要求對不銹鋼管表面麻坑產生的原因(如原材料帶來、不銹鋼管在運輸儲存過程中受到擠壓、外力撞擊作用、不銹鋼管受到何種腐蝕等)進行分析,并對具有此類缺陷的不銹鋼管的使用價值進行評估。根據委托單位的要求,現分析評估如下。

    二、現場調查

    對南方某廠區及某中轉站現場觀察,不銹鋼管堆放于露天地面,其地面為水泥地面及潮濕的泥沙和稻草地面,部分地面生長有綠色青草,見圖1不銹鋼管外表面普遍存在較均勻的黃褐色銹跡,少量不銹鋼管除表面存在較均勻的黃褐色銹跡外,部分外表面還存在大小不等的麻坑,麻坑邊緣呈圓形或弧形分布,麻坑的區域呈縱向帶狀分布,其帶狀寬度為150mm左右,長度為500mm4000mm

    由于不銹鋼管平放于露天地面,加之歷時半年左右的時間,雨水從不銹鋼管端部飄進管內沉積于管底部,因此不銹鋼管內表面底部產生一條寬度為100mm左右的黃色雨水銹跡帶,見圖1。外表面縱向帶狀分布的麻坑區域,均對應于內表面的黃色雨水銹跡帶。

    檢驗過程及結果

    1.宏觀檢驗

    采用氧氣切割和電鋸切割截取不銹鋼管表面麻坑嚴重處作為試塊,如圖3,該試塊經人眼觀察,其形貌為數十個獨立或相連的小坑,分布于不銹鋼管的外表面,用游標卡尺測量麻坑尺寸,坑徑為0.5mm~5mm,深度為0.2mm~0.9mm。小坑的邊緣呈圓形及弧形,未見鋒利的棱角狀。

    2.麻坑深度微觀測量

    選取不銹鋼管表面麻坑最深的部位制取截面金相試樣,經拋磨后在顯微鏡下觀察,其形貌如圖4所示,經顯微測量,最深麻坑深度為896.5um.

    3.非金屬夾雜物的檢驗

    制取不銹鋼管表面麻坑最嚴重部位的縱向金相試樣,在未浸蝕狀態下,根據GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》檢驗其非金屬夾雜物,其非金屬夾雜物的級別為A0BOCOD2

    4.晶粒度檢驗

    制取不銹鋼管表面麻坑最嚴重部位橫向及縱向的金相試樣,經3%的硝酸乙醇溶液浸蝕后其橫向金相組織為等軸鐵素體加珠光體,組織較均勻,見圖6,縱向金相組織同樣為等軸鐵素體加珠光體,組織較均勻,未見帶狀組織

    6不銹鋼管接觸地面的土壤測定

    6.1、土壤含水量的測定

    根據NY/T1121.17-2006土壤檢測第1部分:土壤樣品的采集、處理和儲存,采集該批不銹鋼管接觸的地面土壤樣品,用天平稱取不銹鋼管接觸地面的土壤14.206g,經100℃烘烤干燥5小時后稱取其重量為11.244g,測其含水量為20.9%

    6.2、土壤氯離子含量的測定

    根據NY/T1121.17-2006土壤檢測第17部分:土壤氯離子含量的測定,采用硝酸銀滴定法測定不銹鋼管接觸地面土壤氯離子含量,其氯離子含量為1.48%

    7.腐蝕產物能譜分析

    制取不銹鋼管腐蝕產物能譜分析試樣,經能譜分析,發現腐蝕產物中存在鐵、氧、氯等元素

    8.腐蝕產物x射線衍射分析

    制取不銹鋼管X射線衍射分析試樣,經X射線衍射儀分析,其腐蝕產物主要為Fe3O4,和Fe2O

    四、試驗結果分析

    根據該批不銹鋼管的儲存狀況現場調查結果可知,不銹鋼管存放于露天地面歷時六個月左右,且時置雨水豐富的季節,不銹鋼管接觸的地面為伴有煤灰的潮濕泥沙和稻草。根據不銹鋼管接觸地面土壤的分析結果可知,其土壤含水量為20.9%,氯離子含量為1.48%,腐蝕產物的能譜分析結果也證實腐蝕產物中存在氯離子。上述條件給該批不銹鋼管產生縫隙腐蝕創造了一個極為有利的條件。根據金屬材料腐蝕理論可知,導致金屬材料產生縫隙腐蝕的條件是:結構連接件之間或與其上面的沉積物之間必須存在一定寬度的縫隙,該縫隙寬度能允許溶液進入縫隙內并使縫隙內溶液處于滯留狀態,造成縫隙內外溶液間物質遷移發生困難。金屬材料發生縫隙腐蝕最敏感的縫隙寬度為0.025~0.1mm,幾乎所有腐蝕介質(包括淡水)都能引起金屬的縫隙腐蝕,而含有氯離子的溶液最易引起縫隙腐蝕t由于不銹鋼管表面的粗糙度和地面的不平度,該批不銹鋼管和其接觸的地面之間,其中一部分縫隙的寬度完全可以達到0.025~0.1mm這一尺寸范圍。與此同時和不銹鋼管接觸的地面土壤為伴有煤灰的潮濕泥沙和稻草,氯離子含量高達1.48%,被泥土污染的雨水容易浸滲到該縫隙中,由于縫口常被泥土和腐蝕產物堵塞,造成縫隙內外溶液間的物質遷移難以進行,從而造成氧的濃差電池和閉塞電池自催化腐蝕過程[21,使縫隙內陽極溶化區得到不斷的溶化,導致點蝕深度發展很快,因此在不銹鋼管和地面接觸的下表面形成很多腐蝕坑。

    從不銹鋼管材質的化學成分、金相組織、非金屬夾雜物等項目的檢測結果可知,均符合有關技術要求,因此在不銹鋼管表面缺陷產生的原因中,可排除不銹鋼管材質中上述因素的影響。

    電子束物理氣相沉積用于制備燃氣渦輪發動機葉片的熱障涂層有很大的優勢,圖5是涂層前后的照片。熱障涂層不僅使得導向葉片和動葉片的工作溫度提高,還使得壽命提高2.5倍。一般用其它涂層方法得到的熱障涂層常常使疲勞壽命減小,但是用電子束物理氣相沉積的熱障涂層卻大幅度的增加。

    用電子束物理氣相沉積還可在刀具上形成硬質涂層,包括碳化鈦、碳化鉛、二硼化鈦、二硼化錯等。涂層與基材結合牢固,涂層厚度可達100um,而用通常的離子鍍、磁控濺射等方法僅能形成數個um的涂層,并且容易形成裂紋。等離子噴涂雖然也能形成較厚的涂層,但是除與基材結合強度不夠高外,涂層組織也不夠致密。顯示了電子束物理氣相沉積制備材料的優勢。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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