碳钢管线焊接接头的电化学腐蚀行为研究

李维锋， 孙紫麾， 陈 英，舒欣欣，许 威， 杨 鹏，毛晓军，杨寿海，徐连勇，韩永典，路永新

(1.海洋石油工程股份有限公司建造公司焊接试验室,天津300452；2.天津大学 材料科学与工程学院,天津300072)

碳钢管线焊接接头的电化学腐蚀行为研究

李维锋1， 孙紫麾1， 陈 英1，舒欣欣1，许 威1， 杨 鹏1，毛晓军1，杨寿海1，徐连勇2，韩永典2，路永新2

(1.海洋石油工程股份有限公司建造公司焊接试验室,天津300452；2.天津大学 材料科学与工程学院,天津300072)

母材选用A106B管线钢,焊丝选用2.4 mm的实芯焊丝ER70S-G，使用两种焊接工艺（GTAW+SMAW和GTAW）进行钢管对接焊，试样焊接前后均无热处理。通过对焊接接头的焊缝、热影响区和母材的极化曲线测量，研究了两种焊接工艺所得焊接接头各区域的腐蚀行为。结果表明，两种接头不同区域的耐蚀性为：母材＞热影响区＞焊缝。

碳钢管；焊接接头；CO2腐蚀；极化曲线

0 前 言

焊接技术被广泛应用于石油天然气工业中的油气管线连接，但管线焊接接头在工作过程中常受到腐蚀的影响，造成失效进而引发生产事故[1-6]，因而有必要对焊接接头的耐蚀性进行研究。虞毅[7]等人对X65/316L机械复合管焊接接头CO2腐蚀行为进行了研究，发现接头腐蚀速率随温度升高不断增加。胡丽华[8]等人研究了3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO2腐蚀行为，结果表明在CO2腐蚀介质中，3Cr低合金管线钢焊接接头的母材区域先发生腐蚀,焊缝和热影响区受到保护。毕宗岳[9-10]等人用微电极扫描法研究了HFW焊缝沟槽腐蚀敏感性，结果表明焊缝区腐蚀电流较大且分布不均匀，易发生沟槽腐蚀。尽管有文献研究了焊接接头腐蚀行为，但关于接头各区域电化学腐蚀的研究较少。本研究从接头各区域的组织出发，通过各自极化曲线的测量研究焊接接头腐蚀特点，这对于保证碳钢钢管焊接接头的现场焊接施工质量及管线安全运行具有重要的指导意义。

1 试验材料、设备及试验方法

母材选用A106B管线钢,焊丝选用2.4 mm的实芯焊丝ER70S-G进行GTAW打底焊，其化学成分见表1。A106B母材为外径 219.1 mm，壁厚10.3 mm管状试样，采用V形坡口，坡口角度为60°，钝边1.2 mm。

表1 A106B钢及焊丝的化学成分 %

使用两种焊接工艺（GTAW+SMAW和GTAW）进行焊接，试样焊接前后无热处理。用碳化硅砂纸对试样依次从 240，400，600，800，1 200，1 500和2 000逐级打磨，最后用2.5 μm的金刚石抛光剂进行抛光。对抛好的试样用4%的硝酸酒精腐蚀，在OLYMPUS-GX51光学显微镜上进行焊接接头各部位的显微组织观察。

母材和热影响区的电化学试样为8 mm×8 mm×2 mm，焊缝区为5 mm×8 mm×2 mm。测试前用SiC水砂纸逐级打磨至1 000号，用蒸馏水清洗，酒精擦拭除油除水，吹干置于干燥箱备用。试验采用Gamry interface 1000型电化学工作站进行动电位极化曲线和电偶电流测试。试样采用三电极体系，以Ag/AgCl为参比电极，铂片电极为辅助电极，母材为工作电极，试验温度为25℃。模拟某油田采出液成 为 NaHCO3（0.337 g·L-1），NaCl（28.234 g·L-1）， KCl（1.047 g·L-1）、 MgCl2·6H2O （1.487g·L-1）， CaSO4·2H2O （1.08 g·L-1），CaCl2·2H2O（2.755 g·L-1）和FeCl2·4H2O（0.125g·L-1）。首先测焊缝、热影响区及母材的自腐蚀电位，时间为70 min，之后对试样从开路电位的-500 mV扫到+500 mV，扫描速度0.167 mV/s进行动电位极化曲线测量。

2 结果与讨论

2.1 显微组织

A106B管线钢母材，GTAW+SMAW和GTAW焊缝及热影响区的显微组织如图1～图5所示。从两种接头焊缝显微组织可以看出，GTAW+SMAW接头焊缝中含有较多的粒状铁素体和晶粒边界铁素体，少量的针状铁素体和珠光体。GTAW接头焊缝中没有出现粒状铁素体，晶粒边界铁素体的量减少，针状铁素体的量增加，含有少量珠光体，晶粒尺寸有所减小。从两种接头热影响区显微组织图中可以看出，GTAW+SMAW接头热影响区与焊缝组织差异较小。GTAW接头热影响区中针状铁素体含量增加，甚至出现大量魏氏组织。母材为典型的铁素体+珠光体组织。

图2 GTAW+SMAW焊缝显微组织

图3 GTAW热影响区显微组织

图4 GTAW+SMAW热影响区显微组织

图5GTAW焊缝显微组织

2.2 动电位极化曲线

图6 为两种焊接工艺下所得焊接接头各区域在模拟油田输出液中的极化曲线，表2为极化曲线相关参数。分析可知母材的腐蚀电位最小，热影响区的腐蚀电位最大，焊缝腐蚀电位位于中间。即母材腐蚀的热力学倾向最大，热影响区腐蚀的热力学倾向最小。分析腐蚀电流可知两种焊接接头母材腐蚀电流最小，焊缝腐蚀电流最大，热影响区腐蚀电流位于中间。即母材腐蚀的动力学最小，腐蚀速度最慢；焊缝腐蚀的动力学最大，腐蚀速度最快。即母材＞热影响区＞焊缝。

图6 焊接接头各区域极化曲线

表2 极化曲线参数

3 结 论

（1）两种焊接工艺所得焊缝组织均为铁素体+珠光体，GTAW+SMAW接头热影响区组织与焊缝组织相近，GTAW接头热影响区组织与焊缝组织差异较大，且出现大量魏氏组织。

（2）在模拟油田输出液中，两种接头不同区域腐蚀热力学倾向从小到大依次为：热影响区<焊缝<母材；两种接头不同区域腐蚀动力学速度从小到大依次为：母材<热影响区<焊缝。接头不同区域的耐蚀性：母材＞热影响区＞焊缝。

［1］ ALIZADEH M,BORDBAR S.The influence of microstructure on the protective properties of the corrosion product layer generated on the welded API X70 steel in chloride solution[J].Corrosion Science,2013（70）： 170-179.

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［4］李泽兴,吕兴亮,张玉坤,等.浅谈长输管道焊接技术在施工中的应用[J].中国科技博览,2013(18):368-368.

［5］李云涛,杜则裕,陶勇寅.高强管线钢的焊接性及其焊接接头的耐腐蚀性[J].焊接技术,2004,33(04):26-28.

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［7］虞毅,徐连勇,韩永典,等.X65/316L机械复合管焊接接头CO2腐蚀行为研究[J].焊管,2011,34(01):13-16.

［8］胡丽华,张雷,许立宁,等.3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO2腐蚀行为[J].北京科技大学学报,2010（03）：345-350.

［9］毕宗岳,任永峰,井晓天.微电极扫描法对HFW焊缝沟槽腐蚀敏感性研究[J].焊管,2011,34(10)：5-8.

［10］吴东泽.含沟槽腐蚀缺陷油管的剩余强度评价[J].广州化工， 2014， 42（10）： 86-88.

Research on the Electrochemical Corrosion Behavior of Carbon Steel Pipe Welded Joint

LI Weifeng1,SUN Zimao1,CHEN Ying1,SHU Xinxin1,XU Wei1,YANG Peng1,MAO Xiaojun1,YANG Shouhai1,XU Lianyong2,HAN Yongdian2,LU Yongxin2
(1.Welding Lab,Construction Company,Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China;2.School of Materials Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China)

In this article,it used two kinds of welding process(GTAW+SMAW and GTAW）to carry out butt welding for A106B pipeline steel,selecting 2.5 mm solid core welding wire of ER70S-G,without heat treatment for test sample before and after welding.Through polarization curve measurement for welded joint weld,HAZ and base metal,the corrosion behavior of welded joints various regions under two welding process were studied.The results showed that the corrosion resistance of two kinds of welded joints various regions are as follows:the base metal>HAZ>weld.

carbon steel pipe;welded joints;CO2corrosion;polarization curve

TE988.2

B

1001－3938（2015）05-0046-04

李维锋（1981—），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向是海洋钢结构焊接。

2014-11-18

罗 刚