油船货油舱用耐蚀钢组织性能及腐蚀行为研究

摘要

随着各国对石油需求日益增长及油船技术的不断发展，油船的远洋运输成为了世界石油贸易的重要形式。原油中含有的多种酸性介质会腐蚀装载原油的货油舱船板，极易引发材料的腐蚀失效，大大缩短油船的使用寿命。本文针对货油舱的服役环境特点，设计并冶炼一种新型低合金钢，通过调整加工工艺参数获得了符合船级社耐蚀钢标准要求的货油船用钢板。主要研究内容及成果如下: (1)利用MMS-300热模拟试验机获得了耐蚀钢的变形和未变形过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明，动态CCT曲线向左上方移动，变形能够提高奥氏体转变开始温度。随着冷却速率的增大，耐蚀钢组织结构发生变化，由多边形铁素体+珠光体混合组织逐渐转变为铁素体+粒状贝氏体组织，最后为板条贝氏体+马氏体组织。 (2)基于耐蚀钢CCT曲线，通过多道次热压缩试验获得了耐蚀钢的控轧控冷工艺参数，进行了实验室轧制实验。结果表明:耐蚀钢轧制的终轧温度应控制在820℃、终冷温度600℃、冷却速率10-20℃/s。通过力学性能测试发现十组实验室轧制钢板的力学性能均达到DH36标准。 (3)利用高压反应釜和油温机等设备模拟钢材CO2腐蚀环境，温度为75℃、CO2分压为0.64MPa条件下3.5wt％NaCl溶液中耐蚀钢的腐蚀测试，对比分析不同浸泡周期下的腐蚀形貌特征和腐蚀产物组成，研究耐蚀钢CO2腐蚀规律。结果表明，耐蚀钢的CO2腐蚀速率与其组织结构有关，具有铁索体+贝氏体混合组织试验钢的耐蚀性能优于其它类型试验钢。耐蚀钢的CO2腐蚀产物膜可以分为三层，致密的内层能为金属基体提供有效保护作用。 (4)利用高压反应釜进行了温度为75℃、CO2分压为0.64MPa、H2S分压为0.09MPa条件下3.5wt％NaCl溶液中的加速腐蚀实验，利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪研究了不同腐蚀周期下的腐蚀产物形态及组成差异，得到了耐蚀钢H2S/CO2腐蚀规律。结果表明:此种条件下耐蚀钢腐蚀类型以H2S腐蚀为主，腐蚀产物主要为FeS(四方硫铁矿)，具有铁素体和贝氏体混合组织的试验钢耐蚀性能较好。根据腐蚀产物膜的变化特点，耐蚀钢H2S/CO2腐蚀可以分为三个阶段，试验初期是腐蚀产物膜的形成阶段，金属基体被严重侵蚀;腐蚀中期是产物膜的稳定发展阶段，对基体有一定的保护作用;腐蚀后期腐蚀产物膜的溶解速率大于生成速率，膜层遭到破坏。 (5)通过模拟货油舱下底板环境的加速腐蚀实验，利用失重法得到了耐蚀钢的年平均腐蚀速率。通过对不同实验周期下的腐蚀形貌观察及腐蚀产物检测，得到了耐蚀钢在强酸条件下的腐蚀规律。结果表明:实验室轧制钢板的腐蚀速率在0.211-0.305mm/a，十组试样均达到了船级社耐蚀钢标准要求，其中铁素体和贝氏体混合组织的试验钢具有良好的耐蚀性能。 (6)利用PATSTAT2273电化学工作站，采用电化学极化与阻抗测试方法，分析未预腐蚀和预腐蚀处理的试验钢腐蚀特性，研究轧制冷却速率和不同预腐蚀周期下耐蚀钢的电化学腐蚀行为。结果表明:具有铁素体和贝氏体混合组织的试验钢，随着冷却速率的增大小角度晶界比例逐渐增加，试验钢的电化学腐蚀速率下降。随着预腐蚀周期的增加，腐蚀电流密度值逐渐增加，极化电阻逐渐减小，腐蚀速率升高。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2耐蚀钢的发展现状

1．2．1国外耐蚀钢研究现状

1．2．2国内耐蚀钢研究现状

1．3耐蚀钢生产工艺

1．3．1冶炼工艺技术

1．3．2控制轧制与控制冷却工艺

1．4耐蚀钢腐蚀类型

1．5钢材腐蚀研究方法

1．5．1暴露腐蚀试验法

1．5．2加速腐蚀试验法

1．5．3电化学测试试验法

1．6本文主要研究内容

第2章耐蚀钢成分设计及相变行为

2．1成分设计

2．2奥氏体连续冷却转变行为

2．2．1实验方案

2．2．2结果与分析

2．3本章小结

第3章控轧控冷工艺对耐蚀钢组织与力学性能的影响

3．1热模拟多道次压缩变形

3．1．1实验方案

3．1．2结果与分析

3．2耐蚀钢轧制变形

3．2．1轧制设备

3．2．2工艺路线

3．3显微组织

3．4力学性能

3．4．1拉伸性能

3．4．2冲击性能

3．5本章小结

第4章耐蚀钢CO2腐蚀行为

4．1实验材料及装置

4．1．1实验材料

4．1．2实验装置

4．2工艺及流程

4．3分析与讨论

4．3．1平均年腐蚀速率

4．3．2腐蚀表面形貌观察

4．3．3腐蚀截面形貌观察

4．3．4腐蚀产物组成与分析

4．4腐蚀机理

4．5本章小结

第5章耐蚀钢H2S／CO2腐蚀行为

5．1实验材料及装置

5．2工艺及流程

5．3分析与讨论

5．3．1平均年腐蚀速率

5．3．2腐蚀表面形貌观察

5．3．3腐蚀产物组成与分析

5．3．4腐蚀截面观察

5．4腐蚀机理

5．5本章小结

第6章模拟货油舱底板条件下耐蚀钢的腐蚀行为

6．1实验材料

6．2实验设备及流程

6．3分析与讨论

6．3．1年平均腐蚀速率

6．3．2腐蚀形貌观察与成分分析

6．3．3晶体取向对耐蚀性能影响

6．3．4铁素体贝氏体耐蚀钢腐蚀行为

6．4本章小结

第7章强酸条件下耐蚀钢的电化学腐蚀行为

7．1实验材料及方案

7．1．1实验材料

7．1．2实验方案

7．2实验原理

7．2．1极化曲线测试方法

7．2．2电化学阻抗谱测试方法

7．3冷却速率对耐蚀钢腐蚀性能的影响

7．3．1动电位极化曲线结果及分析

7．3．2电化学阻抗结果及分析

7．4预腐蚀处理对耐蚀钢腐蚀性能的影响

7．4．1极化曲线结果及分析

7．4．2电化学阻抗结果及分析

7．5本章小结

第8章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

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