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浙江鋼管廠家循環(huán)水對(duì)304不銹鋼管道腐蝕的研究分析

來源:至德鋼業(yè) 日期:2021-05-03 19:54:14 人氣:1536

 浙江不銹鋼管廠家采用掛片腐蝕實(shí)驗(yàn),通過表征不同腐蝕時(shí)間的表面形貌和腐蝕產(chǎn)物的組成,探究了本公司生產(chǎn)的304不銹鋼管在循環(huán)水中的腐蝕機(jī)理。通過測(cè)試極化曲線及電化學(xué)阻抗譜,得到了循環(huán)水中氯離子和添加藥劑等因素對(duì)304不銹鋼管的腐蝕電流和腐蝕電位,以及對(duì)電化學(xué)傳荷阻抗的影響;并且結(jié)合掛片實(shí)驗(yàn),研究了循環(huán)水中氯離子、pH值和添加藥劑等因素對(duì)304不銹鋼管的平均腐蝕率、腐蝕產(chǎn)物組成、形貌和腐蝕特征的影響.結(jié)果表明:當(dāng)控制氯離子濃度小于100 mg/L,pH值不低于8.5,以及添加緩蝕劑(2 mg/L)可以有效控制304不銹鋼管的腐蝕速率。


 由于水資源逐年緊缺以及國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召,我國(guó)各個(gè)企業(yè)的節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng).因此,很多浙江不銹鋼管廠家生產(chǎn)所需的冷卻水開始循環(huán)使用,這種辦法在很大程度上節(jié)約了水資源,但是對(duì)運(yùn)輸水管道的抗腐蝕性有了更高的要求.腐蝕是指因工程材料與其周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致解體的現(xiàn)象.腐蝕可能在某個(gè)局部集中出現(xiàn),導(dǎo)致材料上出現(xiàn)孔洞甚至裂縫,也有可能在一個(gè)較大面積的表面上幾乎平均分布。由于腐蝕是一種擴(kuò)散控制的過程,通常只有材料表面產(chǎn)生腐蝕。因此,可以通過對(duì)暴露表面進(jìn)行處理,如通過鈍化增加材料的耐腐蝕性或者在循環(huán)水中添加藥劑來緩解材料的腐蝕.鋼鐵腐蝕主要以孔蝕為主,在某些條件下,如氧氣濃度較低或者陰離子濃度較高的情況下,人們需要視所處的環(huán)境來選擇所用的鋼鐵種類。


 影響304不銹鋼管腐蝕的因素較多,如氯離子濃度、pH值、添加劑、流速、溫度、浸泡時(shí)間等.其中氯離子濃度、pH值、添加劑對(duì)腐蝕的影響較大。浙江至德鋼業(yè)有限公司分析了氯離子導(dǎo)致煤焦油管道的點(diǎn)蝕成因和防護(hù)措施,提出可以通過在焦油中加入鈉鹽防止氯離子對(duì)管道的腐蝕。至德鋼業(yè)技術(shù)研究人員通過理論計(jì)算分析了供暖期使用pH值為7.0和10.0的循環(huán)熱水對(duì)管道腐蝕的影響。在液體中添加緩蝕劑是常用的方法,根據(jù)緩蝕劑對(duì)金屬腐蝕的機(jī)理,選用不同性能的緩蝕劑和表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,對(duì)模擬的油、氣管道常規(guī)輸送工況進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)對(duì)比試驗(yàn),給出了最佳的緩蝕劑與表面活性劑的配比。從宏觀分析、材質(zhì)化學(xué)成分、金相組織、腐蝕產(chǎn)物等方面對(duì)受到嚴(yán)重腐蝕的工業(yè)冷卻水管道進(jìn)行了全面的分析研究,確認(rèn)了304不銹鋼管的腐蝕機(jī)理方程,提出要加強(qiáng)水質(zhì)控制、采用耐腐蝕材料并采用輔助手段來緩解腐蝕的發(fā)生.研究腐蝕的方法眾多,早期采用傳統(tǒng)的濕熱實(shí)驗(yàn)、鹽霧實(shí)驗(yàn)、失重實(shí)驗(yàn)等非電化學(xué)研究方法及直流電方法(如電位-時(shí)間法、直流電阻法、極化曲線法等)。但是這類方法存在周期長(zhǎng)、耗資大、可控性差的缺點(diǎn).近年來人們采用電化學(xué)阻抗譜方法分析電極電阻、界面雙電層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻來表征腐蝕性能,這種方法快速簡(jiǎn)便并有可能用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控,因而成為研究和評(píng)價(jià)金屬體系腐蝕的主要方法之一。至德鋼業(yè)采用極化曲線法和交流阻抗法研究了304不銹鋼管在含Na2SO4、Na2CO3、NaCl中的電化學(xué)腐蝕行為。采用動(dòng)電位極化和交流阻抗譜,研究了氯離子和應(yīng)力對(duì)304不銹鋼管在高pH值溶液中腐蝕行為的影響。


 浙江不銹鋼管廠家采用公司生產(chǎn)車間內(nèi)提供的水樣,稱為原水,其組成如表所示(采用IC和ICP分析),用304不銹鋼管作為腐蝕實(shí)驗(yàn)的材料,首先通過掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)分析其腐蝕速度及腐蝕機(jī)理,之后采用電化學(xué)測(cè)試和掛片腐蝕的方法,研究循環(huán)水中氯離子、pH值和添加緩蝕劑對(duì)304不銹鋼管的腐蝕的影響.


一、實(shí)驗(yàn)過程


 1. 試樣前處理


   對(duì)試樣依次通過如下處理:切割成25mm×50mm大小的試樣—打磨—酸洗—水洗—酒精沖洗—水洗—烘干—3M膠封樣處理,每一個(gè)試樣的實(shí)驗(yàn)面積50 mm×25 mm,得到尺寸均一的304不銹鋼管。


 2. 電化學(xué)測(cè)試


  使用PARSTAT 2273電化學(xué)工作站,測(cè)試304不銹鋼管在不同條件的電化學(xué)阻抗和極化曲線.首先測(cè)試開路電位,測(cè)試時(shí)間為1000 秒。阻抗測(cè)試的掃描范圍為106 Hz~10-1Hz,振幅為5 mV。極化測(cè)試的掃描速率1 mV/s,掃描區(qū)間-1.2 V~-0.2 V(vs SCE)。實(shí)驗(yàn)溶液: 分別采用原水、補(bǔ)水、供水,以及在原水中分別添加不同濃度氯離子、不同pH值和不同濃度緩蝕劑,進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試.實(shí)驗(yàn)溫度為25℃。


 3. 掛片腐蝕


  使用旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀(SCRCC-III)對(duì)304不銹鋼管進(jìn)行掛片腐蝕實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)溫度為25℃,實(shí)驗(yàn)溶液: 采用國(guó)內(nèi)某廠提供的原水,其組成如表所示。在原水中分別添加不同濃度氯離子、不同pH值和不同濃度緩蝕劑,分析304不銹鋼管的腐蝕速率、腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物成分.


二、結(jié)果與討論


 1. 304不銹鋼管在原水中的腐蝕機(jī)理


  通過掛片腐蝕實(shí)驗(yàn),研究了304不銹鋼管分別腐蝕7、14和21天后的SEM圖,以及相應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物的XRD圖,如圖所示.結(jié)合圖中的SEM圖和XRD圖可以看到,304不銹鋼管腐蝕7天時(shí),主要以小孔腐蝕為主,腐蝕產(chǎn)物為γ-FeOOH,隨著腐蝕時(shí)間的增加到14 天及21天,腐蝕小孔孔徑逐漸增加,而腐蝕產(chǎn)物也從γ-FeOOH為主轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒璅e2O3為主。


  圖為304不銹鋼管在原水中腐蝕21天后產(chǎn)物的EDS測(cè)試圖,可以看到腐蝕產(chǎn)物主要以鐵、氧為主,還有少量碳。圖為304不銹鋼管在原水中腐蝕21天并去除腐蝕產(chǎn)物表面的EDS圖譜.從圖中可以看到: 腐蝕后304不銹鋼管表面以鐵為主,其摩爾分?jǐn)?shù)在80%以上、碳的摩爾分?jǐn)?shù)在11%左右,其余為少量氧元素。圖為304不銹鋼管在原水中腐蝕21天并去除了腐蝕產(chǎn)物后,304不銹鋼管表面的EDS面掃描圖譜,由圖中可以看到鐵、氧兩種元素在304不銹鋼管腐蝕后表面均勻分布,碳元素的分布主要在腐蝕產(chǎn)生的兩邊。由此可以推斷: 腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕,其中鐵碳作為陰極,而鐵元素作為陽(yáng)極,水溶液作為腐蝕介質(zhì)形成了原電池,加劇了腐蝕的發(fā)生。


 2. 氯離子對(duì)304不銹鋼管腐蝕的影響


  為了考察氯離子濃度對(duì)304不銹鋼管腐蝕的影響,浙江不銹鋼管廠家在原水中添加不同濃度的氯離子配制溶液,以304不銹鋼管作為工作電極,采用電化學(xué)方法所測(cè)試得到的極化曲線和阻抗譜曲線如圖所示。隨著氯離子濃度的從0.05 mol/L增加到1.00 mol/L,盡管腐蝕電流存在波動(dòng),但是腐蝕電流趨向于增大,同時(shí)腐蝕電位負(fù)移;隨著原水中氯離子濃度增加,電化學(xué)電荷傳遞電阻從110Ω減小到10Ω左右.因此,隨著氯離子濃度升高,304不銹鋼管越容易發(fā)生腐蝕。


  計(jì)算結(jié)果如圖所示.從圖中可以看到: 隨著氯離子質(zhì)量濃度的升高,304不銹鋼管腐蝕速率逐漸增加。當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí),腐蝕速率為0.0311 g/d,而在氯離子質(zhì)量濃度為150 mg/L時(shí),其腐蝕速率上升為0.0385 mg/d,當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度繼續(xù)上升到5.325 g/L時(shí),則腐蝕速率相應(yīng)上升為0.0512 mg/d.很明顯,氯離子對(duì)304不銹鋼管的腐蝕速度影響很大。


  圖給出了304不銹鋼管在氯離子質(zhì)量濃度為100 mg/L的原水中,掛片腐蝕30天并去除腐蝕產(chǎn)物后的表面SEM圖.從圖中可以看到,當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí),304不銹鋼管表面出現(xiàn)嚴(yán)重的小孔腐蝕.圖是在原水中的氯離子質(zhì)量濃度為5.325 g/L時(shí),304不銹鋼管腐蝕30天并去除腐蝕產(chǎn)物后的表面SEM圖.從圖中可以看到,當(dāng)304不銹鋼管質(zhì)量濃度升高至5.325g/L時(shí),304不銹鋼管表面孔蝕數(shù)量增加、孔的深度增加。圖為原水中的氯離子質(zhì)量濃度分別為100 mg/L和5.325 g/L時(shí),304不銹鋼管腐蝕30天后腐蝕產(chǎn)物的XRD圖譜,從圖中可以看出,腐蝕產(chǎn)物為α-Fe2O3及γ-FeOOH,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí),腐蝕產(chǎn)物以αFe2O3為主;當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度為5.325 g/L時(shí),腐蝕產(chǎn)物以γ-FeOOH為主.循環(huán)水中的氯離子離子半徑較小,容易吸附于304不銹鋼管表面,并與表面產(chǎn)生作用,進(jìn)入鋼鐵表面的鈍化膜中,使鈍化膜產(chǎn)生微觀缺口,鈍化膜與裸露金屬形成原電池,從而形成點(diǎn)蝕,加速了304不銹鋼管的腐蝕。


 3. 原水中pH值對(duì)304不銹鋼管的腐蝕性能的影響


    表給出了304不銹鋼管在pH=7,pH=8,pH=8.5三種水質(zhì)中掛片30天后的腐蝕失重結(jié)果,從表中可以得到: 隨著水質(zhì)中的pH升高,304不銹鋼管的腐蝕速率降低,當(dāng)pH值從7升高至8.5時(shí),腐蝕失重減少53.4%。


    圖給出了304不銹鋼管在pH分別為7、8和8.5時(shí)水中腐蝕30天后去除腐蝕產(chǎn)物后的表面SEM圖和pH分別為7和8.5時(shí)腐蝕產(chǎn)物的XRD圖.圖為304不銹鋼管在pH為7的水中腐蝕30天并去除腐蝕產(chǎn)物的表面形貌,從圖中可以看到:腐蝕主要以坑洼狀形貌為主,并存在點(diǎn)蝕的情況.從圖的XRD圖譜來看,腐蝕產(chǎn)物以α-Fe2O3為主,并含有少量γ-FeOOH。圖為304不銹鋼管在pH=8(原水)中腐蝕30天并去除腐蝕產(chǎn)物后的表面SEM圖,從圖中可以看到:腐蝕后以坑洼狀形貌為主,腐蝕比較均勻,小孔腐蝕較少。圖為304不銹鋼管在pH=8.5水中腐蝕30天并去除腐蝕產(chǎn)物后的表面SEM圖,與pH=7與8中腐蝕情況相比,304不銹鋼管表面比較平整,腐蝕較少,表現(xiàn)出較好的抗腐蝕性能,從圖中XRD圖譜來看,在pH=8.5時(shí),304不銹鋼管腐蝕產(chǎn)物主要是α-Fe2O3及γ-FeOOH,兩者的量相近。


 4. 原水中緩蝕劑濃度對(duì)304不銹鋼管腐蝕性能的影響


  為了減小304不銹鋼管在原水中的腐蝕速度,考察了緩蝕劑濃度對(duì)304不銹鋼管腐蝕性能的影響.在原水中添加一定濃度的緩蝕劑作為溶液,采用電化學(xué)方法測(cè)試了塔菲爾曲線和阻抗譜曲線,如圖所示,分析結(jié)果如表所示.從表中可以看出:當(dāng)緩蝕劑含量從2 mg/L增加到6 mg/L時(shí),腐蝕電流增大,電化學(xué)傳荷電阻從252Ω降低到98Ω,說明隨著緩蝕劑含量增加到6 mg/L時(shí),腐蝕更容易發(fā)生,可能是增加了溶液導(dǎo)電性,從而加速了304不銹鋼管電化學(xué)腐蝕.考慮到腐蝕電流和電化學(xué)阻抗譜,在緩蝕劑含量為2 mg/L時(shí),304不銹鋼管耐腐蝕性能最好。


  表給出了304不銹鋼管在原水中含有緩蝕劑質(zhì)量濃度為0mg/L,2mg/L與4mg/L的水中掛片腐蝕30天后的腐蝕速度.從表中可以看到當(dāng)原水中加入2mg/L緩蝕劑后,304不銹鋼管腐蝕速度從0.0385g/d降低到0.0208g/d,而緩蝕劑質(zhì)量濃度增加對(duì)腐蝕速率影響較小,自2mg/L增加至4mg/L,腐蝕速率反而有所增加,影響低于10%.當(dāng)原水中無緩蝕劑時(shí),腐蝕產(chǎn)物主要是x-Fe2O,及非常少量y-FeOOH,而當(dāng)原水中含有2mg/L與4mg/L的緩蝕劑時(shí),304不銹鋼管的腐蝕產(chǎn)物以y-Fe00H為主,含有非常少量的a-Fe2O3(XRD圖略).添加緩蝕劑后,腐蝕孔明顯減少(SEM圖略).顯然,當(dāng)原水中含有2mg/L緩蝕劑時(shí),降低了304不銹鋼管的電化學(xué)腐蝕。


三、結(jié)論


  浙江不銹鋼管廠家采用304不銹鋼管作為研究對(duì)象,通過在原水中的長(zhǎng)期掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)和表征腐蝕不同時(shí)間的304不銹鋼管的表面形貌和腐蝕產(chǎn)物成分,探究了304不銹鋼管道在循環(huán)水中的腐蝕機(jī)理。之后測(cè)試了原水中氯離子濃度和不同濃度的緩蝕劑等因素對(duì)304不銹鋼管的腐蝕電阻、腐蝕電位和腐蝕電流的影響,并且通過長(zhǎng)期掛片實(shí)驗(yàn),研究水中氯離子濃度、pH值和添加緩蝕劑對(duì)304不銹鋼管的平均腐蝕速率,表面形貌和腐蝕產(chǎn)物組成的影響.研究結(jié)果表明: 304不銹鋼管的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕,其中鐵碳元素作為陰極,而鐵元素作為陽(yáng)極,原水作為腐蝕介質(zhì)形成了原電池,加劇了腐蝕的發(fā)生.通過XRD表征可得,在原水中的腐蝕產(chǎn)物主要以α-Fe2O3為主,含有少量的γ-FeOOH.隨著氯離子濃度升高,304不銹鋼管越容易發(fā)生腐蝕.而隨著原水中的pH升高,304不銹鋼管的腐蝕速率降低,當(dāng)pH值從7升高至8.5時(shí),腐蝕失重減少53.4%,且表面腐蝕均勻,腐蝕孔大大降低.緩蝕劑濃度增加對(duì)腐蝕速率影響較小,當(dāng)在原水中加入2 mg/L緩蝕劑后,304不銹鋼管腐蝕速度從0.0385 g/d降低到0.0208 g/d,自2 mg/L增加至4 mg/L,腐蝕速率反而有微小升高。


本文標(biāo)簽:304不銹鋼管 

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