石油天然气用螺旋埋弧焊不锈钢管表面麻坑产生原因分析

对某石油天然气用L360MB螺旋埋弧焊管的存储状况进行了现场调查,并借助金相显微镜、高频红外碳硫分析仪、原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计、X射线能谱仪、X射线衍射仪等手段,对其不锈钢管材质和其接触的介质以及腐蚀产物进行了检测,并分析了不锈钢管腐蚀的原因。结果表明该批不锈钢管接触地面的水含量及氯离子含量较高,从而导致不锈钢管和地面接触的部位产生缝隙腐蚀,不锈钢管表面麻坑缺陷为缝隙腐蚀产生的腐蚀坑。对于此类缺陷不锈钢管,可根据腐蚀坑的深度程度,分别采取修磨使用和切除使用。为避免此类腐蚀的发生,不锈钢管储存时应采取有关措施使不锈钢管和地面保持足够的距离。

一、工件概况

某石油天然气用L360MBΦ813×14.3mm螺旋埋弧焊不锈钢管不锈钢管按正常工艺生产完成后,先后堆放于厂区、中转站货场及露天地面等处,截止发现部分不锈钢管表面产生麻坑时,历时6个月左右时间。该批不锈钢管共计生产700根,其中产生表面麻坑的不锈钢管35根,麻坑缺陷不锈钢管比例为5%。某单位要求对不锈钢管表面麻坑产生的原因(如原材料带来、不锈钢管在运输储存过程中受到挤压、外力撞击作用、不锈钢管受到何种腐蚀等)进行分析,并对具有此类缺陷的不锈钢管的使用价值进行评估。根据委托单位的要求,现分析评估如下。

二、现场调查

对南方某厂区及某中转站现场观察,不锈钢管堆放于露天地面,其地面为水泥地面及潮湿的泥沙和稻草地面,部分地面生长有绿色青草,见图1不锈钢管外表面普遍存在较均匀的黄褐色锈迹,少量不锈钢管除表面存在较均匀的黄褐色锈迹外,部分外表面还存在大小不等的麻坑,麻坑边缘呈圆形或弧形分布,麻坑的区域呈纵向带状分布,其带状宽度为150mm左右,长度为500mm4000mm

由于不锈钢管平放于露天地面,加之历时半年左右的时间,雨水从不锈钢管端部飘进管内沉积于管底部,因此不锈钢管内表面底部产生一条宽度为100mm左右的黄色雨水锈迹带,见图1。外表面纵向带状分布的麻坑区域,均对应于内表面的黄色雨水锈迹带。

检验过程及结果

1.宏观检验

采用氧气切割和电锯切割截取不锈钢管表面麻坑严重处作为试块,如图3,该试块经人眼观察,其形貌为数十个独立或相连的小坑,分布于不锈钢管的外表面,用游标卡尺测量麻坑尺寸,坑径为0.5mm~5mm,深度为0.2mm~0.9mm。小坑的边缘呈圆形及弧形,未见锋利的棱角状。

2.麻坑深度微观测量

选取不锈钢管表面麻坑最深的部位制取截面金相试样,经抛磨后在显微镜下观察,其形貌如图4所示,经显微测量,最深麻坑深度为896.5um.

3.非金属夹杂物的检验

制取不锈钢管表面麻坑最严重部位的纵向金相试样,在未浸蚀状态下,根据GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》检验其非金属夹杂物,其非金属夹杂物的级别为A0BOCOD2

4.晶粒度检验

制取不锈钢管表面麻坑最严重部位横向及纵向的金相试样,经3%的硝酸乙醇溶液浸蚀后其横向金相组织为等轴铁素体加珠光体,组织较均匀,见图6,纵向金相组织同样为等轴铁素体加珠光体,组织较均匀,未见带状组织

6不锈钢管接触地面的土壤测定

6.1、土壤含水量的测定

根据NY/T1121.17-2006土壤检测第1部分:土壤样品的采集、处理和储存,采集该批不锈钢管接触的地面土壤样品,用天平称取不锈钢管接触地面的土壤14.206g,经100℃烘烤干燥5小时后称取其重量为11.244g,测其含水量为20.9%

6.2、土壤氯离子含量的测定

根据NY/T1121.17-2006土壤检测第17部分:土壤氯离子含量的测定,采用硝酸银滴定法测定不锈钢管接触地面土壤氯离子含量,其氯离子含量为1.48%

7.腐蚀产物能谱分析

制取不锈钢管腐蚀产物能谱分析试样,经能谱分析,发现腐蚀产物中存在铁、氧、氯等元素

8.腐蚀产物x射线衍射分析

制取不锈钢管X射线衍射分析试样,经X射线衍射仪分析,其腐蚀产物主要为Fe3O4,和Fe2O

四、试验结果分析

根据该批不锈钢管的储存状况现场调查结果可知,不锈钢管存放于露天地面历时六个月左右,且时置雨水丰富的季节,不锈钢管接触的地面为伴有煤灰的潮湿泥沙和稻草。根据不锈钢管接触地面土壤的分析结果可知,其土壤含水量为20.9%,氯离子含量为1.48%,腐蚀产物的能谱分析结果也证实腐蚀产物中存在氯离子。上述条件给该批不锈钢管产生缝隙腐蚀创造了一个极为有利的条件。根据金属材料腐蚀理论可知,导致金属材料产生缝隙腐蚀的条件是:结构连接件之间或与其上面的沉积物之间必须存在一定宽度的缝隙,该缝隙宽度能允许溶液进入缝隙内并使缝隙内溶液处于滞留状态,造成缝隙内外溶液间物质迁移发生困难。金属材料发生缝隙腐蚀最敏感的缝隙宽度为0.025~0.1mm,几乎所有腐蚀介质(包括淡水)都能引起金属的缝隙腐蚀,而含有氯离子的溶液最易引起缝隙腐蚀t由于不锈钢管表面的粗糙度和地面的不平度,该批不锈钢管和其接触的地面之间,其中一部分缝隙的宽度完全可以达到0.025~0.1mm这一尺寸范围。与此同时和不锈钢管接触的地面土壤为伴有煤灰的潮湿泥沙和稻草,氯离子含量高达1.48%,被泥土污染的雨水容易浸渗到该缝隙中,由于缝口常被泥土和腐蚀产物堵塞,造成缝隙内外溶液间的物质迁移难以进行,从而造成氧的浓差电池和闭塞电池自催化腐蚀过程[21,使缝隙内阳极溶化区得到不断的溶化,导致点蚀深度发展很快,因此在不锈钢管和地面接触的下表面形成很多腐蚀坑。

从不锈钢管材质的化学成分、金相组织、非金属夹杂物等项目的检测结果可知,均符合有关技术要求,因此在不锈钢管表面缺陷产生的原因中,可排除不锈钢管材质中上述因素的影响。

电子束物理气相沉积用于制备燃气涡轮发动机叶片的热障涂层有很大的优势,图5是涂层前后的照片。热障涂层不仅使得导向叶片和动叶片的工作温度提高,还使得寿命提高2.5倍。一般用其它涂层方法得到的热障涂层常常使疲劳寿命减小,但是用电子束物理气相沉积的热障涂层却大幅度的增加。

用电子束物理气相沉积还可在刀具上形成硬质涂层,包括碳化钛、碳化铅、二硼化钛、二硼化错等。涂层与基材结合牢固,涂层厚度可达100um,而用通常的离子镀、磁控溅射等方法仅能形成数个um的涂层,并且容易形成裂纹。等离子喷涂虽然也能形成较厚的涂层,但是除与基材结合强度不够高外,涂层组织也不够致密。显示了电子束物理气相沉积制备材料的优势。

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