转锈稳锈材料在石油钻采设备薄壁件表面的应用*

刘金贵,党曙昕,康学锋

(兰州兰石石油装备工程有限公司，甘肃 兰州 730000)

石油钻采设备由于其服役环境相对较为严苛，一般处于C4和C5(甚至CX)环境下作业，产品的防腐要求相对较高。一般设计要求的表面处理方式是喷砂或喷丸达到Sa2.5级，粗糙度40～75 μm;或手工及动力工具清理至St3级[1]。但是在石油钻采设备中，存在大量的薄板件，例如：绞车的护罩、遮阳棚和挡风墙等，这些结构所用的板材为薄板，喷砂易变形，手工及动力工具清理工作量又很大，一旦清理得不彻底，就会大大缩短防腐年限和影响产品外观质量。

1 转锈稳锈材料介绍

转锈稳锈材料是一种处理钢材表面锈层的材料，是将传统的防腐工艺“钢铁锈面—表面处理—涂装防护”，变为“钢铁锈面—转锈稳锈—涂装防护”。转锈稳锈材料也是一种水基环保型涂料，主要成分是去离子水、改性丙烯酸酯聚合物和有机生物锈转化剂等。当把转锈稳锈材料刷涂到锈蚀工件表面后，转锈稳锈材料可以快速地渗透到锈层中并与铁锈产生络合反应，将表面松散的铁锈转化成黑色或灰色铁盐络合物，不能转化的深层次锈层会被挤出水分变成干锈，然后被偶联、螯合包裹起来，与乳液中的聚合物、活性笼状结构粒子等重新交联，形成一层致密的膜层，达到转锈稳锈的效果，从而实现增加涂层与基材间附着力的目的。

2 试 验

2.1 试验设计

2.1.1 对比试验

试验主要是以表面处理为变量进行的涂层附着力试验,主要目的是验证转锈稳锈材料既能够代替传统的喷砂工序对工件表面锈蚀转锈稳锈，又能增加涂层附着力。试验共有4块试板，试板编号及喷涂的油漆如下：

试板1：转锈稳锈材料(薄)+油漆配套；

试板2：转锈稳锈材料(厚)+油漆配套；

试板3：试板表面手工除锈+油漆配套；

试板4：试板表面喷砂或喷丸达到Sa2.5级+油漆配套。

2.1.2 配套兼容性试验

主要目的是验证转锈稳锈材料与目前公司使用的品牌配套油漆间涂层兼容性及附着力的大小。试验共有7块试板，试板编号及喷涂油漆如下：

试板1：转锈稳锈材料+油漆配套1；

试板2：转锈稳锈材料+油漆配套2；

试板3：转锈稳锈材料+油漆配套3；

试板4：转锈稳锈材料+油漆配套4；

试板5：转锈稳锈材料+油漆配套5；

试板6：转锈稳锈材料+油漆配套6；

试板7：转锈稳锈材料+油漆配套7。

2.1.3 试验要求

(1)对比试验中所有的油漆配套固定且唯一；

(2)配套试验所用的油漆配套是不同品牌的配套；

(3)为了尽可能减少变量，两个试验使用的试板是由同一块钢材下料，锈蚀情况相近。

2.1.4 试验用到的相关标准及资料

GB/T 9271—2008《色漆和清漆 标准试板》；

GB 1727—1992《漆膜一般制备法》；

GB/T 13452.2—2008《色漆和清漆 漆膜厚度的测定》；

GB/T 9278—2008《涂料试样状态调节和试验的温湿度》；

GB/T 5210—2006《色漆和清漆 拉开法附着力试验》；

转锈稳锈材料产品说明书和各种油漆的产品说明书。

2.2 试板的制备

2.2.1 环境温度

转锈稳锈材料的施工及油漆的喷涂都发生在车间喷烘一体室内,环境温度15 ℃；试板表面温度8 ℃；环境相对湿度45%；露点温度3.2 ℃；所有压缩空气管路油水分离器工作正常。

2.2.2 试板的喷涂

试板尺寸：100 mm×150 mm，清洗试板的表面油污使用180号溶剂油，使用砂纸轻拉毛清理表面浮锈；转锈稳锈材料刷在试板表面两天后开始喷涂油漆； 底漆、中间漆和面漆的干燥时间按照各自产品说明书和现场实际要求执行。试板喷涂结束后，在室内放置2周，室内温度15～20 ℃，相对湿度(50±5)%。

2.3 试验过程及结果

2.3.1 试验设备

干膜测厚仪和拉拔仪。

2.3.2 测量试板漆膜厚度

漆膜厚度均超过250 μm。使用150目砂纸轻拉毛试板表面漆膜(打磨掉试板表面飞溅的漆膜等杂质)，每块试板粘三个拉拔头。在24 h后，进行附着力试验。

2.3.3 试验中出现的问题

转锈稳锈材料施工在试板表面后，会在很大程度上延长底漆的干燥时间。

2.3.4 试验结果统计

对比试验结果见表1。配套试验结果见表2。

表1 对比试验结果统计

表2 配套试验结果统计

由表1可得出：(1)相对于手工除锈，转锈稳锈材料在转锈稳锈上有一定的作用，涂刷了转锈稳锈材料的试板做油漆后涂层附着力平均值大于手工除锈后做油漆的试板，但是远小于喷砂后做油漆的涂层附着力;(2)对于锈蚀不严重的工件，薄刷转锈稳锈材料附着力相对会更好。

由表2可得出：(1)转锈稳锈材料对不同品牌的油漆配套兼容性不同，可能会影响部分底漆中溶剂的挥发;(2)根据相关防腐要求，涂层附着力大于5 MPa即为合格。除试板1和试板4附着力不合格外，与其他配套附着力均满足工艺要求。

2.4 分析与讨论

(1)相对于手工除锈，转锈稳锈材料在转锈稳锈上有一定的作用，抹涂了转锈稳锈材料的试板做油漆后涂层附着力大于手工除锈后做油漆的试板，但是远小于喷砂后做油漆的涂层附着力。

(2)转锈稳锈材料在兼容性试验中71%的附着力数值是满足相关工艺要求，有29%的附着力数值低于5 MPa(试板1和试板4)；也就是说该类转锈稳锈材料与这两个油漆配套的兼容性不佳。另外，在试验过程中发现，转锈稳锈材料在很大程度上会影响涂层底漆的干燥时间，需要借助喷烘一体室加热促进干燥。

虽然该转锈稳锈材料相对于手工打磨来说，具有一定的优势,但是想要完全替代传统的喷砂工序，还需进一步优化改进。

3 结束语

目前，公司生产的用于国内内陆地区钻采设备的遮阳棚表面已采用转锈稳锈材料，后续会继续跟踪观察和统计现场服役情况。从试验结果来看，转锈稳锈材料的效果确实优于手工打磨、清理，在实际应用中也减少了操作工手工打磨、清理的工作量，降低了生产过程中的人工成本，相对更环保。但是由于其实际使用性能无法在短期内得到统计数据，在海洋钻采设备及出口钻采设备中暂时不建议使用。