HFW焊管露天堆场腐蚀行为研究

史宏德

(宝钢股份钢管条钢事业部焊管厂,上海 201900)

0 前 言

金属材料在人类发展历史上占有极为重要的地位。到目前为止,在各种材料中,金属及其合金仍然是工程领域、工业部门用量最大的材料。管道输送油气已成为第五种运输方式而被广泛采用,但是,油气输送管道因金属腐蚀穿孔泄漏而引起的爆炸、环境污染情况时有发生。

HFW焊管是利用高频电流的集肤效应和邻近效应将管坯边缘迅速加热到焊接温度后进行挤压、焊接而成。其外形美观、生产效率高、成本低,已广泛应用于油气输送管线。

通常HFW焊管在用于油气输送管线前要进行外防腐,如环氧树脂防腐、聚乙稀防腐等。然而,当HFW焊管生产后未及时防腐,并且在露天堆场放置一段时间后,在一定的条件下就会发生明显的腐蚀，造成金属材料的损失,同时对管线的安全使用产生影响[1-4]。

以X65级HFW焊管露天堆放一年后为例,运用LEICA DMR正置式光学显微镜 (SCW13）分析、JSM-6490LV扫描电镜 （SCW030）分析等方法，对试样的腐蚀特点和腐蚀机理进行了研究。

1 试验材料和方法

1.1 试样材料

某规格X65级HFW焊管在某露天堆场存放一年后的照片如图1所示，表面喷丸处理时发现钢管表面有凹坑缺陷，其宏观形貌如图2所示。

图1 X65管线钢管露天存放照片

图2中试样1的表面有沿管体纵向均匀密布的带状腐蚀坑,深度为0.1～0.2 mm；试样2表面有分布不规则腐蚀坑,深度0.5～2 mm。

1.2 试验方法

试验依据GB/T 21638—2009《钢铁材料缺陷电子束显微分析方法通则》进行，试验设备采用LEICA DMR正置式光学显微镜（SCW13）以及JSM-6490LV 扫描电镜（SCW030）。

图2 钢管表面凹坑缺陷形貌

2 试验结果

图3 试样2表面微观形貌

图4 试样2缺陷处截面金相组织及形貌

图3为试样2的表面微观形貌，通过扫描电镜可见凹坑缺陷处底部为较疏松的锈蚀形貌，正常处为喷丸后的表面形貌。图4为试样2的截面金相组织形貌，在金相显微镜下可见试样组织为铁素体，晶粒度10级,材料基体中有点状夹杂物存在，夹杂物周围组织晶粒较大。对试样夹杂物的成分进行分析表明，试样组织中含有O，Al，Ca，Ti等元素，这是由于X65管线钢在精炼时经过钙的变性处理,大部分CaO和Al2O3等铝酸钙夹杂物呈液态上浮进入精炼渣层,但有少量留在钢中[5-6]。

3 分析与讨论

钢管露天堆放并没有防雨措施,雨水沿钢管表面自上而下流淌,在管与管接触处有积水形成，并且不易排出,从而形成了电化学腐蚀。这种腐蚀是通过在钢管暴露表面上形成的原电池来进行的,这种原电池叫做腐蚀电池,其特征为阴极、阳极和阴阳极之间有使电子转移的导电回路存在,腐蚀的实质是氧化还原反应。

腐蚀电池的阳极溶解生成

腐蚀电池的阴极溶解生成

总反应式为

在水和氧的作用下进一步转化为

氢氧化铁易于脱水而生成Fe2O3，反应式为

这是铁锈的常见形式,经抛丸清理后出现如图2（a）所示的沿管体纵向均匀密布的带状腐蚀坑。 图 2（b）所示的腐蚀坑显然比图 2（a）严重,该试样取自同一露天堆场与地面接触焊管的管体,除与地面积水接触外还与土壤接触，如图5所示。土壤具有毛细管多孔性,通常会形成胶体体系。在土壤土粒之间,存在大量的毛细管微孔或孔隙,孔隙中充满空气和水，由于水分的存在,土壤成为离子导体，具有电解质溶液的特征。其次,土壤的类型、电阻率、含水量、酸碱度、硫化物、硫酸盐等都是影响钢管腐蚀速率的因素。当土壤含水量高、或含盐量、含酸量高时,都会加快钢材的腐蚀。

图5 焊管露天堆放情况照片

土壤中存在的微生物主要是硫酸盐，还原菌SRB也能促进金属的腐蚀,总反应式为

图2（b）所示的腐蚀坑年腐蚀量为2 mm,试样厚8 mm,大约4年时间会发生腐蚀穿孔,因此可以判断,与试样2接触的土壤具有很强的腐蚀性。

根据以上分析可知,试样表面锈蚀坑与材料堆放的环境和时间有关，同时，材料内部的夹杂物及周围组织异常导致的成分不均匀和组织不均匀可能会成为锈蚀的起源点[7-10]。

4 预防措施

针对HFW焊管在露天堆场产生的腐蚀问题,可采取如下预防措施：①合理安排制管和防腐的生产计划,尽量做到同步进行；②有条件时,在防腐前HFW焊管应堆放在库内；③在露天堆放的焊管应与地面隔离并覆盖防水雨布(见图6～图7)；④露天堆场要设置排水沟；⑤在露天堆放有防护措施的焊管也应该在三个月内进行防腐。

图6 焊管与地面隔离堆放

图7 堆放钢管覆盖防水雨布

5 结 论

(1)试样表面锈蚀坑属于电化学腐蚀,并与材料堆放环境和时间有关。

(2)金属材料内部的夹杂物及周围组织的异常可能会成为锈蚀的起源点。

(3)露天堆放的焊管应覆盖防水雨布并与地面隔离。

(4)在露天堆放有防护措施的焊管也应在三个月内进行防。

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