随着石油、天然气工业的进一步发展，证明管道运输是一种规模大而且经济的输送方式，长输管线的建设也正朝着高压输送、大直径、大壁厚的方向发展，这就要求管线钢具有强韧性、良好的焊接性、低的包申格效应和高度洁净度等优点。我国管线工业经历了从X52钢级向X60、X65、X70等钢级的发展过程，再到目前X80、X100、X120级这些高级别管线钢的研制与生产。由于X70钢已不能完全满足较高的输送要求，国际标准中曾长期处于最高钢级的X70已经逐渐被X80所替代[1-3]。从管线建设的发展趋势来看，X80管线钢在工程上的用量在逐年增加，即将进入商业化时代。在西气东输工程冀宁支线上铺设7.9 km的X80管线，标志着国产X80钢轧制和焊接技术已经达到实用阶段[4]。西气东输二线管道设计是我国“十一五”期间的重要能源工程，二线工程拟全部采用X80管线钢，数量不低于7000 km[5-7]。
油气管线的土壤环境是力学环境、管线外部的化学及电化学环境和物理环境的综合作用的总和，这些环境因素能够对管线钢造成各种各样的腐蚀，这些腐蚀的综合作用会对管道的寿命和安全性能构成严重的威胁[8]。本实验研究了不同组织的X80钢在鹰潭土壤和库尔勒土壤模拟液中的腐蚀情况，对其在现场应用具有指导意义。
试样取自X80级管线钢，尺寸为50 mm×10 mm×3 mm，其化学成分(w，%)为：0.05 C、1.56 Mn、0.21 Si、0.28 Mo、0.12 Ni、0.2 Cu、0.003 S和0.007 P，屈服强度为598 MPa，屈强比为0.86。材料中C含量较低，Mn的加入可以引起固溶强化，在提高强度的同时还能增加韧性。本实验所用的材料为三种不同组织的X80管线钢，状态分别为原始态、870 ℃正火态及850 ℃+550 ℃调质态，金相组织见图 1。
将试样打磨、抛光、侵蚀，使用XJG-05金相显微镜进行金相观察，X80管线钢的原始组织主要为多边铁素体+针状铁素体，晶粒不规则。正火处理使原始组织完全奥氏体化后转变得到珠光体，调质处理后得到的组织是回火索氏体。
实验所用的腐蚀介质为土壤模拟液，分为酸性和碱性两种。酸性土壤模拟液配方参考鹰潭土壤，碱性土壤模拟液配方参考库尔勒土壤，其化学组成见表 1。
将试片用800#砂纸打磨，用丙酮和酒精清洗表面，采用静态失重法研究腐蚀时间对X80钢在两种土壤模拟溶液中的腐蚀速率的影响。浸泡实验在特定的玻璃瓶中进行，待到达规定试验时间后便取出试样。采用型号为PGSTAT302的电化学工作站测量极化曲线，将试样的表面进行蜡封，留出一个面积约为1 cm2的工作面。利用经典三电极体系，将铂电极作为辅助电极，参比电极为饱和甘汞电极，扫描范围-200 mV~200 mV，扫描速度为0.83 mV/s。
不同组织X80钢在两种土壤模拟液中的腐蚀速率随时间的变化规律见图 2。从图 2可知，X80钢的腐蚀速率都随着时间先降低再趋于平稳。在不同土壤模拟液中的峰值见表 2。在前40 h内，X80钢的平均腐蚀速率较大，此阶段发生了严重的全面腐蚀。随着浸泡时间的延长，其平均腐蚀速率有所下降直至趋于平稳。从材料本身来讲，经过850 ℃+550 ℃调质处理后的X80钢耐蚀性能加强是由于位错的稳定化和固溶强化作用。另一个原因可能是随着腐蚀时间的延长，溶液中的Ca2+、Cl-和SO42-发生竞相吸附，微小结晶物能抑制Cl-和O2对基体的侵蚀作用[9]。经过腐蚀初期形成的腐蚀产物膜，在一定程度上也能抑制腐蚀的进一步发生，也会导致腐蚀速率在中后期出现下降。
极化曲线测量结果(图 3)表明在本试验条件下，X80钢在两种土壤模拟溶液中的电化学行为相似，在酸性土壤溶液中的自腐蚀电位为－706 mV，在碱性溶液中，X80钢的自腐蚀电位更负，为－742mV，说明腐蚀倾向更大，还会增加SCC敏感性[10]。通过拟合，得到X80钢在两种土壤模拟溶液中的电化学参数(表 3)。X80钢在两种溶液的极化曲线都只有活性溶解区，没有活化-钝化转变区，都属于典型的活性溶解。阳极反应区电流密度随电位的升高而迅速增大，当电位升高到一定程度时，电流密度增长缓慢，始终没有出现钝化现象。X80钢在酸性模拟液中的极化曲线较在碱性中的上移，腐蚀电流密度减小，腐蚀性减弱。
(1) 本试验中，不同组织的X80钢在鹰潭和库尔勒两种土壤模拟溶液的腐蚀速率随着时间的延长先降低再趋于平稳，在初期出现峰值。X80钢在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀速率要高于鹰潭土壤模拟液。
(2) X80钢在两种土壤模拟溶液中的电化学行为相似，只有活性溶解区，没有活化—钝化转变区，都属于典型的活性溶解。由试验结果来看，调质态的X80钢更适合用于酸性土壤中。
(3) 调质处理后的X80钢的腐蚀速率要低于原始态，正火后的X80钢的耐蚀性能最差。建议对X80钢进行合适的热处理工艺来改善其综合性能，提高抗土壤腐蚀的能力。
2012, Vol. 41 Issue (6): 594-596
2012, Vol. 41 Issue (6): 594-596