地下管線鋼在模擬土壤介質溶液中的腐蝕

摘要:通過對X80管線鋼在模擬土壤介質(NS4)溶液中試驗，得出腐蝕行貌，用紅外光譜分析法對其腐蝕產物進行分析，從而辨別出腐蝕產物的主要成份，用失重法來衡量了X80管線鋼在其溶液中的腐蝕速率。

關鍵詞:管線鋼，紅外光譜分析法，腐蝕，失重法

引言

地下管道在長期使用之后都會因內外因素而造成管壁腐蝕及變形。管道發生破壞事故，原因是復雜和多方面的，其中管道腐蝕是重要原因之一[1]。在對國內外大量文獻和實際管道建設情況調研分析的基礎上，結合國內X80級管線鋼管的研究，針對我國管道界普遍關心的X80級管線鋼管工程應用中的幾個問題進行分析得出這樣的結論[2]。結果表明，國際上對輸送普通天然氣的X80級管道的斷裂控制問題已經解決，根據對X80級管道啟裂韌性和止裂韌性的分析研究及管道運行安全性的分析，用減薄壁厚的X80級替代X70級是安全可行的。但是管線鋼在腐蝕這一方面卻沒有太多的研究和注重，本文對X80管線鋼在模擬土壤介質(NS4)溶液中進行了試驗，并對腐蝕形貌和腐蝕產物成分進行了簡單分析。

試驗

2.1試驗主要材料

有效面積為1cm2的正方形X80管線鋼試件，模擬土壤介質(NS4)溶液(組成成分見表1)。

2.2 試驗內容

將X80管線鋼試件按試驗方案進行前處理，達到實驗要求后再將其放入配制好的NS4溶液中試驗。每隔一個周期(10天為一個周期，共4個周期)取出2塊試件，在掃描電子顯微鏡下進行掃描觀察腐蝕形貌，再取下腐蝕產物在紅外光譜儀中進行分析，最后將腐蝕后的試件稱重進行失重分析。

試驗結果和分析

3.1 X80管線鋼在NS4溶液中腐蝕后的形貌結果及其分析

X80管線鋼試件在NS4溶液中經過四個周期后的形貌圖片如下圖1。

在電子顯微鏡可以看見一個周期后的腐蝕產物很疏松，而且很容易從表面掉落下來，如圖片1。從圖片2中可以很明顯的看出這種氧化產物的顏色有點發黑，這很明顯不完全是氧化鐵的成分，而是含有大量的四氧化三鐵。這是由于在溶液中，初始時含氧量比較高而且溶液的濃度也大所造成的。在圖片3中可以發現試件表生成了相當厚的一層氧化物。溶液中含有C1-，因而腐蝕產物中會有綠銹生成，而綠銹不穩定會轉化成大顆粒的晶體物質，這種現象一般在較厚的銹層中才會出現。在去除腐蝕物后發現試件的表面有小黑孔，如圖片4。這是明顯的點蝕現象。

3.2 腐蝕產物的紅外分析[3]

取試件表面的腐蝕產物進行紅外檢測，可以比較準確的知道X80管線鋼在NS4溶液中腐蝕氧化產物的主要基團。再根據紅外光譜曲線圖結合標準紅外特征譜，從而可以辨別出腐蝕產物的主要成分。

在圖2中，有個特征區，其波數集中在(3900 cm-1～3500 cm-1)和(1800 cm-1～1400 cm-1)兩個區間內。波數在3120 cm-1處的吸收峰可能為γ-FeOOH中O-H的伸縮振動，3380 cm-1處的吸收峰可能為δ-FeOOH中O-H的伸縮振動，波數在1640 cm-1處的吸收峰可能為水中O-H的彎曲振動特征吸收峰。從圖中還可以看出有不飽和含氮化合物的吸收峰。

由于溶液中含有大量的Cl-，易生成綠銹，而綠銹會自動轉化為β-FeOOH和大顆粒的Fe3O4晶體，β-FeOOH很不穩定，很快就轉化為α-FeOOH大顆粒晶體，因此在腐蝕產物中很難檢測到β-FeOOH。一般情況下檢測到最多的還是α-FeOOH和Fe3O4。

3.3 失重分析

X80管線鋼試件在NS4溶液中經過四個周期(40天)腐蝕后的失重曲線圖如下圖3所示。

從圖3中可以看出X80管線鋼試件在NS4溶液中第一個周期內腐蝕速率相對很小，而后的周期內逐漸的增加，這跟形貌分析結果是相吻合的。曲線圖還表明X80管線鋼在初期階段有一定的抗腐蝕性，一旦被腐蝕了，其耐腐蝕性便降低。從而導致使用功能也將隨著腐蝕的增加而降低，對工程造成危害。

4、結論

1. X80管線鋼在模擬土壤介質(NS4)溶液中的腐蝕是一個逐漸積累的過程，這種腐蝕對地下管線工程是一種潛在的危害。

2. 在掃描電子顯微鏡下，能夠清晰的觀察這種向縱深方向發展的點蝕現象。

3. 在潮濕、低pH值、富氧情況下，地下管線容易發生電化學腐蝕以及點蝕。

參考文獻

[1] 馮耀榮，莊傳晶.X80級管線鋼管工程應用的幾個問題[J].焊管，2006，29(1):6 —10.

[2] 衣海龍，杜林秀，王國棟，劉相華.X80管線鋼的組織與性能研究 2008，2.

[3] 左演聲，陳文哲，梁偉.材料現代分析方法[M].北京工業大學出版社，2005.