陈健飞 陈丽娜 刘海波 彭胜利

（中石化胜利油田技术检测中心，山东 东营257000）

0 引言

管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。随着全球能源结构的优化调整，石油天然气的需求增加，促进了管线工程的迅速发展，长输管线向高强度、大口径发展［1］。管线钢土壤环境中的应力腐蚀开裂（SCC）一直备受关注，国内外专家学者在实验室中对管线钢的SCC问题进行了一系列研究。一般认为在土壤介质中所发生的应力腐蚀分为两种，一种为高pH介质中的应力腐蚀开裂；另一种为近中性土壤介质的应力腐蚀现象，1985年最早发现于加拿大，最近20年在管道脱落涂层下发现几例穿晶应力腐蚀开裂事故（TGSCC）［2－5］。管线钢的应力腐蚀开裂发生在一定的电位范围内，与管线钢在特定介质中的电化学行为密不可分。本文对X80钢焊接接头的基体、焊缝、热影响区在近中性模拟土壤介质NS4溶液中的阳极极化曲线进行了测定，为认识应力腐蚀断裂机理提供了电化学依据。

1 实验材料及方法

实验用材取自宝钢生产的 1 016×18.4的X80管线钢。实验样品为直径25mm、厚度2.5mm的圆片，用环氧树脂镶嵌做成电极，试样暴露面积为1mm2。依次用200＃、400＃、600＃、800＃、1 000＃砂纸研磨后，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，分别观察母材、热影响区和焊缝的金相组织，然后清洗备用。参比电极采用饱和甘汞电极，辅助电极用Pt片。

先把电极浸入溶液中，待自腐蚀电位基本稳定后，测量自腐蚀电位（Ecorr）。而后在E＝－1.5V下阴极除膜5min，然后分别以0.3mV／s、0.5mV／s、0.166mV／s的扫描速度由阴极向阳极进行动电位扫描。

采用NS4溶液在实验室内模拟近中性pH土壤介质，用醋酸调节溶液的pH 值，分别测试pH＝7.1、6.9、6.5的极化曲线，实验前通N2预除氧0.5h以上。

2 结果与讨论

（1）X80钢及焊缝在不同扫描速度下的极化曲线和电化学参数如图1、表1所示。

（2）母材和焊缝在不同pH值下的极化曲线和电化学参数如图2、表2所示。

从图2、表2中可以看出，随着pH值降低，母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相应地均有所升高，这说明pH值降低会增大腐蚀速率；从表2中可以看出，相同pH值下，母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大，由此可以推断在NS4溶液中，X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。

图1 母材和焊缝在三个扫描速度下的极化曲线

表1 母材和焊缝在不同扫描速度下的电化学参数表

图2 不同pH值的NS4溶液中母材和焊缝的极化曲线

表2 母材和焊缝在不同pH值下的电化学参数表

3 结果分析

3.1 金相组织对电化学行为的影响

X80钢的组织形态影响着其电化学行为。金相显微镜上观察了X80管线钢焊接接头焊缝、热影响区和母材三个不同区域的显微组织，如图3所示，腐蚀试剂为4%硝酸酒精溶液。由图3（a）可以看出，母材的组织为针状铁素体＋下贝氏体，晶粒细小、均匀，组织处于平衡状态。图3（b）为焊缝组织，金属处于局部熔化状态，晶粒较母材粗大。从表1和表2中可以得到母材与焊缝的腐蚀电流相差较小，说明X80钢在采用合适的焊接工艺与焊接规范的情况下，焊缝与母材同样具有较强的耐蚀性能。

3.2 扫描速度对X80钢焊接接头电化学行为的影响

图3 焊接接头的金相显微组织（400×）

图1是在0.166mV／s、0.3mV／s和0.5mV／s的扫描速度下对母材和焊缝进行扫描的结果，从图1和表1中均可看出随着扫描速度升高，曲线变化不大，0.166mV／s是比较符合实际的。从表1中可看出，母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大；在图1中，两条曲线十分接近。由此可以推断在NS4溶液中，X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分相似。

3.3 pH值对X80钢焊接接头电化学行为的影响

从图2和表2中可以看出，随着pH值降低，母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相应有所升高，这说明pH值降低会增大腐蚀速率。从表2中可以看出，相同pH值下，母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大，由此可以推断在NS4溶液中，X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。

4 结论

（1）在NS4溶液中，X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。用醋酸调节溶液pH值可得，随着pH值升高，X80钢的母材与焊缝区腐蚀速率相应下降。

（2）由于自腐蚀电位越低，说明活性越大，所以比较X80管线钢在近中性溶液和高pH值溶液中的自腐蚀电位即可得出：X80管线钢在近中性溶液中的活性大，更易产生活性溶解。

［1］庄传晶，冯耀荣，霍春勇，等.国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向［J］.焊管，2005，28（2）：10－14.

［2］郭浩，蔡珣，杨武.影响管线钢应力腐蚀破裂的力学和材料因素［J］.机械工程材料，2002，26（4）：1－5，11.

［3］Jia Y Z，Wang J Q，Han E H，et al.Stress Corrosion Cracking of X80Pipeline Steel in Near－Neutral pH Environment under Constant Load Tests with and without Preload［J］.Journal of Materials Science ＆ Technology，2011，27（11）：1039－1046.

［4］李明星，王荣，白真权.X70管线钢在模拟近中性土壤介质中的电化学特性［J］.腐蚀科学与防护技术，2004，16（1）：17－20.

［5］郭浩，李光福，蔡珣，等.X70管线钢在不同温度近中性pH溶液中的应力腐蚀破裂行为［J］.金属学报，2004，40（9）：967－971.