磁场作用下L360输油管道应力腐蚀行为研究

作     者：胡枭 

作者单位：中国民用航空飞行学院 

学位级别：硕士

导师姓名：邓志彬

授予年度：2024年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：磁场 应力腐蚀 L360管线钢 焊接接头 腐蚀行为 机理 

摘      要：随着航油管道建设规模扩大及服役时间延长,复杂的沿线环境使埋地管道可能遭受到多种腐蚀因素的共同影响。在管道服役环境中,磁场和应力的作用广泛存在,二者均会对管线钢的腐蚀行为产生影响,且共同作用下对腐蚀行为的影响更具隐蔽性。为明确磁场、应力单独及耦合作用对L360输油管道腐腐蚀行为及机理的影响,通过电化学测试、腐蚀形貌及腐蚀产物分析等表面技术手段,研究了L360管线钢母材及其焊接接头在不同强度磁场作用下的静态腐蚀及应力腐蚀行为。结果表明: 在磁场的单独作用下,随着磁场强度的增大,L360管线钢母材及其焊接接头的电荷转移电阻先增大后减小,腐蚀电流密度先减小后增大,较低强度磁场（60 m T）抑制了腐蚀,而较高强度磁场（120、180 m T）加速了腐蚀。相同磁场强度下,焊接接头腐蚀速率均大于母材。磁场梯度力能够诱导金属离子吸附于电极界面,形成腐蚀产物膜阻碍腐蚀进行;而较高强度磁场作用下,Lorentz力能够破坏腐蚀产物膜,加速离子扩散,进而加速金属腐蚀。 较小的弹性应力对试样的腐蚀行为影响较小,该条件下磁场对试样的腐蚀行为影响仍能起到较大作用。随着外加应力的增大,极化电阻降低约3～10倍,腐蚀倾向性大大提高。磁场和应力耦合作用下的腐蚀倾向高于单一作用时的腐蚀倾向,磁场和应力协同提高了试样的腐蚀敏感性。外加应力作用下试样基体表面的点蚀加剧,腐蚀速率增大约3～6倍,点蚀程度和腐蚀速率与应力大小之间呈现正相关。应力的引入促进了试样金属表面活化,增大试样金属的腐蚀敏感性。 磁场和应力均会对腐蚀产物膜造成破坏。磁场单独作用下裂纹表现为树枝状无规律延伸扩展,而应力单独作用下的裂纹扩展与应力作用方向有关。二者对腐蚀产物结构的破坏能够进一步加剧试样基体发生腐蚀。不同强度磁场、应力单独或耦合作用下的腐蚀产物主要为FeO、FeO、Fe OOH等铁的氧化物组成。 磁场能够在L360管线钢母材及焊接接头表面诱发点蚀。由于点蚀边界处产生应力集中,较小的圆形点蚀坑逐步扩展形成较大的椭圆形局部缺陷。在磁场、应力的耦合作用下,试样的局部腐蚀开裂敏感性逐步提高。磁场和应力对L360管线钢母材及焊接接头的腐蚀具有协同效应,二者协同加速腐蚀的机理为局部腐蚀应力集中和应力促进腐蚀。