1 实验
1 .1 材料
实验材料为 316L 不锈钢板 材 , 其化 学成分见表
1 。利用电火花切割机将试样制成规格为 20 mm ×15 mm ×2 mm 。 自行 配制实验 所需溶 液 :乙 二醇 80 % (质量分数 , 全文同), 水 20 %, 并调整 pH 值为 7 .8 。
表 1 316L 不锈钢化学成分表 Tab.1 The chemical composition of 316L stainless steel
[ 收稿日期] 2011-05-24 ;[ 修回日期] 2011-06-14 [ 作者简介] 邵暘洋() [ 通讯作者] 王斌(1965-), 男 , 博士 , 副教授 , 主要研究方向为金属材料及其腐蚀与防护 。
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邵暘洋等 316L 不锈钢在高含氯离子乙二醇中的腐蚀行为
表面 , 其余都用硅胶进行密封)。 检查反应釜 , 清洗擦 干后加入含氯离子的乙二醇溶液 。将固化样品的磨具 放入 , 样品上的液面不低于 2 cm , 合釜后用氮气排空 气 2 h , 然后加入天然气排氮气 1 h , 关闭所有阀门 。待 温度稳定后 , 开始记时 , 腐蚀时间共为 72 h , 到时间后 断电降温拆釜 。 取出样品并用蒸馏水清洗 , 除去四周
DO I :10.16490/j .cnki .issn.1001 -3660.2011.04.020
第 40 卷 第 4 期 2011 年 8 月 Vol .40 No .4 Aug .2011
表面技术
SURFACE TECHNOLOGY
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316L 不锈钢在高含氯离子乙二醇中的腐蚀行为
5 .84
6 .21 91
6 .0226
5 .94
6 .02 11
6 .0338
5 .74
6 .03 09
腐蚀率 / (mm · a -1)
0 .00 25 0 .01 05 0 .03 75 0 .07 81
的溶解 , 以及不锈钢内部的铬向金属表面扩散重新形 成钝化膜 , 但钝化膜的溶解速率远大于钝化膜的生成 , 最终导致钝化膜变薄甚至破裂 。 此外温度的升高将增 加金属的表面能 , 材料表面的活性点增多 , 钝化膜更易 破裂 。吸附理论[ 3] 认为 , 氯离子可取代氧的吸附而导致 不锈钢表面局部缺氧 , 阻碍了表面新钝化膜的形成 , 进 而破坏了钝化膜的动态平衡而使钝化膜变薄 ;氯离子还 可能进一步向钝化膜内扩散 , 夺取钝化膜内的氧而导致 钝化膜弱化 。温度的升高同时加速了氧与氯离子的扩 散 。显然 , 在实验溶液中氯离子含量远大于氧的含量 , 因此温度的升高有助于氯离子的竞争吸附 。
邵暘洋 , 王斌 , 周冬梅 (西南石油大学 材料科学与工程学院 , 成都 610500)
[ 摘 要] 采用失重法实验研究了温度 、Cl -浓度对 316L 不锈钢腐蚀动力学行为的影响 ;实验判别了 316L 的晶间腐蚀倾向 。 结果表明 :在 Cl -质量浓度为 36 516 mg/ L , Fe3+质量浓度为 776 m g/ L 的情况下 , 316L 的腐 蚀速率随温度的升高而增大 , 温度超出 60 ℃时腐蚀速率迅速增大 , 120 ℃时腐蚀速率达到最大值 0 .0781 mm/a ; 根据晶间腐蚀标准可知 , 316L 不锈钢在氯离子含量较高的乙二醇溶液中具有晶间腐蚀倾向 。
SHAO Yang-yang , WANG Bin , ZHOU Dong-mei (Scho ol of Mat erial s Science and Engi neeri ng , Sout hw est Pet roleum Universi ty , Cheng du 610500 , Chi na)
选择硫酸 -硫酸铜 -铜屑法来检验实验所用材料
和背面的硅胶 , 后用脱膜液进行脱膜 。 316L 的脱膜液 316L 不锈钢的晶间腐蚀倾向 , 具体方法见表 2 , 采用
表 2 硫酸-硫酸铜-铜屑晶间腐蚀标准试验方法 Tab.2 Standard test method of sulfuric acid-copper sulfate-copper scrap for intergranular corrosion
图 2 腐蚀速率随 ρCl- 的变化曲线
F ig .2 T he co r rosio n rate change curv es with Cl- concentra tions
由图 2 可知在相同温度下 , 腐蚀速率随 Cl -质量 浓度的增加而增大 ;氯离子含量超过 30 000 m g/ L 时 , 腐蚀速率突变 , 增大到 0 .078 1 mm/ a , 超过了行业标 准规定的腐蚀速率 0 .076 m m/ a 。 这是因为氯离子一 方面破坏覆盖在试样表面的腐蚀产物膜 , 形成或增大 阳极活性区域面积 ;, 另一方面作为催化剂加速活性区 域阳极溶解[ 4 -5] 。
2 .2 Cl-浓度对 316L 不锈钢点蚀行为的影响
不同 Cl - 浓度 下 316L 不锈 钢在 规定 介质 、120 ℃、腐蚀 72 h 后的腐蚀速率见图 2 。
图 1 316L 不锈钢的腐蚀速率随温度变化曲线 Fig .1 T he cor rosio n rate cha ng e curv es o f
测试方法 硫酸-硫酸铜-铜屑法
标准 A ST M A 262-E
JIS G0575 GB 4334 .5
长 ×宽/ mm 76 ×(10～ 25) (30～ 70)×25 (80 ～ 100)×20
厚/ mm 5 ～ 13
≤5 3～ 4
溶 液配方 100 mL H2 SO 4 + 100 g CuSO4 · 5H2 O + 蒸馏水稀至 1 000 m L +铜屑
316L stainless stee l with tempe ratures
从图 1 可以直观地看出 , 腐蚀速率随温度的升高 而增大 。 25 ℃至 60 ℃时 , 腐蚀速率增幅较平稳 , 大于 60 ℃时 , 腐蚀速率迅速上升 , 到 120 ℃时腐蚀速率达 到了最大值 0 .0781 m m/ a 。自催化理论与吸附理论也 都很好地解释了腐蚀速率随温度升高而增加的原因 。 自催化理 论[ 3] 认为 , 温度的升高有 助于点蚀的 萌生 。
[ Abstract] T he ef fect of the temperature and Cl- concen tration on t he corrosion dynamic behavior of 316L stainless steel using weight lessness meth od ;T he int ergranu lar corrosion tendency of 316 L w as determined .T he experimental resu lts shown th at the co rrosion rate of 316L st ainless s teel increases wit h rising of temperatu re when the Cl- concent ration is 36516 mg/ L and Fe3+ concent ration is 776 mg/ L ;When the temperatu re is over 60 ℃, the corrosion rate increases rapidly , and up t o maximum 0 .0781 mm/ a at 120 ℃;316L stainless st eel h as a t endency to intergranular corrosion according to interg ranular corrosion standard .
元素
C
Si
Mn
P
S
质量分数/ % ≤0 .03 ≤1 .0 ≤2 .0 ≤0.035 ≤0.035
元素
Ni
Cr
Mo
Fe
质量分数/ % 12 .0～ 15.0 16.0～ 18.0 2.0～ 3 .0 余量
1 .2 实验
试样经金相水砂纸逐级打磨至 800 目 , 工作面打 磨成镜面后抛光 , 其 余金属面粗磨 除锈 、除划 痕及蚀 坑 。 然后用分析纯丙酮擦洗除油 , 去离子水清洗 , 再用 分析纯乙醇脱水 , 电吹风冷风吹干 , 置于光电分析天平 上称量并测量试样面积并记录 , 然后将试样放置于干 燥器中备用 。腐蚀前先用 704 硅胶进行粘结固化到固 定磨具上 24 h(每个磨具上固定 8 个样品 , 只留抛光的
[ Key words] 316 L st ainless steel ;ethylene gly col ;chloride ion ;corrosion
工业水中存在的氯离子 , 是一种促进金属腐蚀的 离子 。它主要表现在碳钢的全面腐蚀 , 不锈钢的孔蚀 以及应力腐蚀开裂等方面[ 1] 。 由于循环水中的氯离子 最高允许量与浓缩倍数和操作条件密切相关 , 一些大 型石油化工企业浓缩倍数不高的重要原因是受氯离子 浓度的限制[ 2] 。 油气田常采用乙二醇来防止天然气水 合物的生成 。 为循环使用乙二醇 , 需采用乙二醇脱水 系统对回收的乙二醇进行脱水 。 由于地层水中含有较 高的氯离子 , 致使循环使用再生后的乙二醇中氯离子 含量较高 , 使用 316L 为材质的乙二醇蒸发塔出现了 腐蚀现象 。 笔者以 316L 不锈 钢为研究对象 , 探索了 在含氯离子较高的乙二醇中的腐蚀行为 。
浸蚀参数 沸腾 24 h
沸腾 16 h
金相法进行评定 。
这是因为温度升高可同时加速不锈钢表面含铬钝化膜
2 结果与分析
2 .1 温度对 316L 点蚀行为的影响
不 同 温 度 下 316L 不 锈 钢 在 Cl - 质 量 浓 度 为 36 516 mg/ L , Fe3+质量浓度为 776 mg/ L 的介质中腐 蚀 72 h 的实验结果见表 3 , 腐蚀速率见图 1 。