超高强度管线钢在土壤环境下的腐蚀行为与机理研究

摘要

近年来，随着我国石油及能源工业的快速发展，埋地管线的建设得到蓬勃发展，高压、大管径、高钢级管线钢是石油和天然气输送管道发展的必然趋势，输送管道的失效问题越来越重要。土壤环境中的应力腐蚀开裂(SCC)、微生物腐蚀(MIC)是危及输送管道安全的重要因素。因此对X100管线钢的应力腐蚀、微生物腐蚀及应力腐蚀与微生物腐蚀之间的协同作用进行研究非常必要。
　　本文采用电化学测试、扫描电镜观察、EDS分析、XRD分析和失重法等方法，研究了X100管线钢在鹰潭、库尔勒、近中性pH值和海滨土壤模拟溶液中的电化学腐蚀行为，并研究了硫酸盐还原菌(SRB)对电化学腐蚀行为的影响。结果表明:X100钢在四种有菌、无菌土壤模拟溶液中的极化曲线均为活化控制。X100钢在海滨、近中性pH值土壤模拟溶液中无菌时腐蚀速率随时间变化先减小后持续增大，有菌时先增大后趋于稳定;鹰潭土壤模拟溶液中无菌有菌时均先减小后增大并趋于稳定;库尔勒土壤模拟溶液中无菌时先减小后持续增大，有菌时一直增大。X100钢在四种土壤模拟溶液中无菌时的腐蚀速率基本均大于有菌时，在腐蚀初期更明显。X100钢在鹰潭土壤模拟溶液中浸泡35d、60d后，无菌环境下均属于严重腐蚀，有菌环境下属于中度腐蚀;库尔勒、海滨和近中性pH值土壤模拟溶液中无菌与有菌环境下均属于中度腐蚀;浸泡35d、60d后，四种土壤模拟溶液中的平均腐蚀速率无菌时均大于有菌时。浸泡60d后，X100钢在无菌环境中腐蚀产物主要为铁的氧化物，有菌时主要为铁的氧化物和铁的硫化物。四种溶液中，有菌时X100钢表面有一层透明状的微生物膜，在腐蚀初期，微生物膜与腐蚀产物结合在一起形成更致密的结合膜，可以阻碍钢的腐蚀。采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)和扫描电镜观察研究了X100管线钢及焊接接头在鹰潭、库尔勒和海滨土壤模拟溶液中的应力腐蚀行为，分析探讨了硫酸盐还原菌引起的微生物腐蚀对X100钢SCC的影响。结果表明:X100钢及焊接接头在鹰潭、库尔勒、海滨三种无菌土壤模拟溶液中的断裂寿命、应变量、延伸率和断面收缩率均基本小于有菌土壤模拟溶液中的。X100钢在三种土壤模拟溶液中拉伸时试样断口侧面均存在二次裂纹，且扩展方向无菌时与外加应力轴方向大致呈45°或者垂直，有菌时均为垂直，且无菌时二次裂纹密度均高于有菌时。无菌环境中X100钢拉伸试样断口侧面表面粗糙呈现一定的均匀腐蚀，有菌时表面比较光滑整洁，局部位置有腐蚀产物，呈现局部腐蚀，在海滨和库尔勒土壤中有菌时母材断口侧面还存在点蚀坑。X100钢母材在三种土壤模拟溶液中断口均为韧性+脆性混合断口，但无菌时拉伸试样断口中出现的SCC裂纹多于有菌时的;焊接接头在鹰潭、库尔勒无菌溶液中微观断口呈现脆性特征，有菌溶液中呈现出韧性断裂特征;焊接接头在海滨有菌、无菌溶液中断口均为韧性+脆性混合断口形貌，且无菌时韧窝较小。硫酸盐还原菌抑制了X100钢的脆变，并导致X100钢母材和焊缝在三种土壤模拟溶液中的SCC敏感性降低，对于焊接接头的SCC敏感性影响作用更大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管线钢的研究现状

1．2．2 管线钢应力腐蚀研究进展

1．2．3 微生物腐蚀研究进展

1．2．4 应力腐蚀与微生物腐蚀的协调性研究现状

1．3 实验方法

1．3．1 失重分析

1．3．2 表面分析

1．3．3 电化学分析

1．3．4 应力腐蚀开裂分析

1．4 本文的研究内容

第二章 X100管线钢在土壤微生物中的腐蚀行为研究

2．1 实验材料及方法

2．1．1 试样制备

2．1．2 实验介质

2．1．3 实验方法

2．2 实验结果与分析

2．2．1 X100钢在鹰潭土壤模拟溶液中的实验结果与分析

2．2．2 X100钢在库尔勒土壤模拟溶液中的实验结果与分析

2．2．3 X100钢在海滨土壤模拟溶液中的实验结果与分析

2．2．4 X100钢在近中性pH值溶液中的实验结果与分析

2．3 本章小结

第三章 X100管线钢在土壤微生物环境中的应力腐蚀

3．1 实验材料及方法

3．1．1 实验材料与试样制备

3．1．2 实验介质与方法

3．2 实验结果与分析

3．2．1 SSRT试验的拉伸曲线

3．2．2 断口形貌分析

3．2．3 断口侧面形貌分析

3．3 本章小结

第四章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果