2結(jié)果及討論

2.1溝槽腐蝕敏感性系數(shù)計(jì)算方法

溝槽腐蝕敏感性的評(píng)價(jià)采用具有相對(duì)意義的溝槽腐蝕敏感性系數(shù)α作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其定義為

α=h2/h1(1)

式中：h2和h1分別為腐蝕試驗(yàn)前的原始表面到腐蝕溝底的深度和母材的腐蝕深度，mm。

一般認(rèn)為，當(dāng)腐蝕敏感性系數(shù)α≥1.3，HFW焊管具有高的溝槽腐蝕敏感性。溝槽腐蝕示意圖見(jiàn)圖1。

圖1溝槽腐蝕示意

2.2長(zhǎng)期浸泡法

溝槽腐蝕是由于焊縫和母材區(qū)域電化學(xué)活性差異而導(dǎo)致的電化學(xué)局部腐蝕。HFW J55焊管經(jīng)過(guò)120 d試驗(yàn)后，測(cè)得溝槽腐蝕敏感性系數(shù)見(jiàn)表2。試驗(yàn)后明顯看到腐蝕的溝，見(jiàn)圖2，由測(cè)試圖可看到一條明顯的藍(lán)色腐蝕長(zhǎng)溝，此溝為焊縫優(yōu)先腐蝕形成的腐蝕溝，在試樣腐蝕區(qū)域出現(xiàn)大量深淺不同的腐蝕坑，見(jiàn)圖3。

表2浸泡溝槽腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2焊管溝槽腐蝕試驗(yàn)后剖面形貌

圖3焊管激光共聚焦測(cè)試溝槽成像

2.3電化學(xué)極化法

HFW J55焊管經(jīng)過(guò)144 h試驗(yàn)后，測(cè)得溝槽腐蝕敏感性系數(shù)見(jiàn)表3。

表3電化學(xué)極化法溝槽腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

溝槽腐蝕形貌見(jiàn)圖4，由圖4明顯可以見(jiàn)到焊縫中心一條被腐蝕的寬溝，附近是點(diǎn)蝕坑。采用德國(guó)LSM-700激光共聚焦顯微鏡對(duì)溝腐蝕后試樣進(jìn)行激光光路掃描(CSLM)分析，溝槽腐蝕試樣表面形貌見(jiàn)圖5。由圖5可看出不同顏色代表腐蝕后表面的溝深差，藍(lán)色區(qū)域?yàn)闄M貫上下的焊縫腐蝕溝，且形貌為高低不平的溝壑。

圖4焊管溝槽腐后宏觀(guān)形貌

圖5焊管激光共聚焦測(cè)試溝槽成像

2.4微電極掃描法

腐蝕過(guò)程往往是從局部微區(qū)開(kāi)始的，而電化學(xué)反應(yīng)電流是微區(qū)腐蝕反應(yīng)的重要特征參數(shù)。掃描振動(dòng)電極技術(shù)(SVET)是研究微區(qū)電化學(xué)過(guò)程的重要手段，該技術(shù)可以測(cè)量局部電化學(xué)反應(yīng)電流，表征腐蝕反應(yīng)的過(guò)程，評(píng)價(jià)微區(qū)腐蝕情況。從電化學(xué)腐蝕角度來(lái)看，金屬的腐蝕速率可以用單位時(shí)間、單位面積上發(fā)生的金屬質(zhì)量的變化來(lái)表示。

式中：s為試樣面積，mm2;I為電流強(qiáng)度，mA;J為腐蝕電流密度，mA/cm2;t為時(shí)間，min;K為參與反應(yīng)的金屬摩爾質(zhì)量比法拉第常數(shù);Δh為腐蝕深度，mm;h2和h1為腐蝕試驗(yàn)前的原始表面到腐蝕溝底的深度和母材的腐蝕深度，mm。

從式(2)(3)(4)可以看出，電化學(xué)反應(yīng)速率與腐蝕電流密度成正比，因此可以通過(guò)測(cè)量不同區(qū)域腐蝕電流密度的大小來(lái)表征腐蝕速率的大小和焊縫區(qū)溝槽腐蝕的敏感性。

HFW J55焊管對(duì)試樣進(jìn)行掃描，經(jīng)測(cè)試在穩(wěn)定后，掃描曲線(xiàn)的結(jié)果溝槽腐蝕敏感系數(shù)見(jiàn)表4。

表4微電極掃描溝槽腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

溝槽腐蝕形貌電流密度分布見(jiàn)圖6，從圖6中可看出在黃色焊縫區(qū)域的腐蝕電流密度較大，綠色區(qū)域?yàn)殡娏髅芏容^小的熱影響區(qū)和母材區(qū)。整體形成的電流密度分布出現(xiàn)高低起伏，為不均勻分布。圖7能清楚的看出在焊縫區(qū)電流密度明顯高于熱影響區(qū)和母材區(qū)，從而也說(shuō)明了焊縫優(yōu)先腐蝕的特點(diǎn)。

圖6焊縫、熱影響區(qū)和母材區(qū)電流密度分布

圖7不同位置腐蝕電流密度分布示意

長(zhǎng)期浸泡法、電化學(xué)極化法和微電極掃描法3種試驗(yàn)方法的溝槽腐蝕敏感系數(shù)分別為1.119，1.178和1.201，從3種試驗(yàn)方法可以看出長(zhǎng)期浸泡法需要時(shí)間較長(zhǎng)，并且無(wú)外界施加電流完全是在自然狀態(tài)下進(jìn)行，并且更接近實(shí)際情況。電化學(xué)極化法是給施加了外界電流干擾，加速了溝槽腐蝕而且操作簡(jiǎn)單。微電極掃描法也是在無(wú)外界干擾的情況下進(jìn)行，試驗(yàn)周期也短，但設(shè)備昂貴。微電極采集到的電流非常微小，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性有待進(jìn)一步研究。從3種試驗(yàn)方法測(cè)試溝槽腐蝕敏感系數(shù)可看出，敏感系數(shù)差距不大，都在小于1.3范圍內(nèi)。

王榮等的研究表明，油套管焊接區(qū)溝槽腐蝕敏感系數(shù)與鋼的含C量密切相關(guān)，增加C含量將增大溝槽腐蝕敏感性。進(jìn)一步降低鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.04%～0.08%)，可使母材與焊縫的顯微組織均為細(xì)晶鐵素體，可以有效降低溝槽腐蝕敏感性。

Duran等研究了環(huán)境因素對(duì)溝槽腐蝕行為的影響，認(rèn)為溝槽腐蝕起源于焊縫區(qū)MnS夾雜，溶液的pH值、O2含量、Cl-含量、流速和溫度等因素均對(duì)溝槽腐蝕行為有影響。

在HFW焊接過(guò)程的急熱和焊后的急冷過(guò)程中，在冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力共同作用于滲碳體流線(xiàn)，產(chǎn)生應(yīng)力集中，在焊縫兩側(cè)形成較高的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會(huì)加速鋼的腐蝕，因此，在焊縫兩側(cè)形成基本對(duì)稱(chēng)的腐蝕溝槽。即使采用焊后的相變熱處理也很難消除這種腐蝕傾向，但長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)相變?nèi)?yīng)力退火會(huì)顯著降低溝槽腐蝕。

3結(jié)論

(1)通過(guò)試驗(yàn)得出，評(píng)價(jià)溝槽腐蝕的試驗(yàn)方法為長(zhǎng)期浸泡法、電化學(xué)極化法、微電極掃描法。3種試驗(yàn)方法的溝槽腐蝕敏感系數(shù)分別為1.119，1.178和1.201。

(2)3種測(cè)試方法結(jié)果可看出測(cè)量點(diǎn)隨機(jī)性較強(qiáng)，是造成溝槽腐蝕敏感系數(shù)結(jié)果不一致的主要原因。因此在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行必要的標(biāo)注，以增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

(3)采用HFW電阻直縫焊接的鋼管，由于焊接過(guò)程中焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、母材熱處理過(guò)程中的差異，造成組織結(jié)構(gòu)、晶粒度大小、殘余應(yīng)力的不同，從而產(chǎn)生電化學(xué)性能存在差異，這種差異導(dǎo)致了溝槽腐蝕的發(fā)生。

HFW焊管溝槽腐蝕敏感系數(shù)評(píng)價(jià)方法：長(zhǎng)期浸泡法VS電化學(xué)極化法VS微電極掃描法（一）

HFW焊管溝槽腐蝕敏感系數(shù)評(píng)價(jià)方法：長(zhǎng)期浸泡法VS電化學(xué)極化法VS微電極掃描法（二）