温度及热处理对硫酸管道耐蚀性影响的实验研究

摘要

硫酸是现阶段产量最大的无机酸，也是许多无机和有机化工产品的重要生产原料。在化工、国防等重要领域有十分广泛的应用。实际的工业生产中是用管道输送浓硫酸的方式来完成运输工作的。由于焊接过程会使材料受热导致元素的偏析与沉淀，所以浓硫酸管道焊缝位置的腐蚀现象最为突出，浓硫酸管道的腐蚀失效问题严重阻碍了硫酸工业的发展。本文以某公司浓硫酸装置输送管道焊接接头位置存在的腐蚀泄漏问题为出发点开展相关的研究工作，利用表面分析技术及电化学方法研究在静态条件下工业生产中浓硫酸输送管道常用材料（304不锈钢、316L不锈钢、20号碳钢）焊接接头上不同位置试样的腐蚀行为随浓硫酸温度的变化趋势，并结合焊接热处理工艺，研究了焊接热处理对三种材料焊接接头在浓硫酸中电化学腐蚀行为的影响，主要得出以下结论:
　　(1)对现场管道焊接接头试样进行表面腐蚀形貌分析、材料化学成分分析、电化学分析，得出:304不锈钢与20号碳钢试样焊接接头各区域在浓硫酸中腐蚀形式主要为点蚀，母材区域几乎未出现点蚀现象。304不锈钢热影响区位置的材料腐蚀最严重，出现明显的腐蚀穿孔现象，20号碳钢试样焊缝位置出现了明显的腐蚀沟。
　　(2)使用显微金相法及电化学实验法研究不同温度条件下304、316L不锈钢和20号碳钢试样在静态浓硫酸中的反应特性。由显微金相实验可知:极化后304与316L试样母材位置的材料腐蚀较轻，热影响区材料腐蚀现象明显，20号碳钢试样极化完成后焊缝区域会出现明显的点蚀现象，母材位置以均匀腐蚀为主。
　　当介质温度不变时，304与316L不锈钢试样各位置材料耐蚀性由强到弱为母材＞焊缝＞热影响区，20号碳钢试样各位置材料耐蚀性由强到弱为母材＞热影响区＞焊缝。随着腐蚀介质温度的不断升高，容抗弧半径与相位角峰值会不断减小，电化学反应电阻值也会呈现减小的趋势，反应速度加快。
　　(3)对热处理后304、316L不锈钢、20号碳钢试样在浓硫酸中的反应过程进行研究得出以下结论:热处理后304与316L不锈钢试样晶粒尺寸都明显变大，极化后试样表面点蚀坑深度与数量均有下降，试样各位置耐蚀性由强到弱为母材＞焊缝＞热影响区。20号碳钢试样在热处理后晶粒尺寸减小，均匀度提高，极化后试样上各位置的腐蚀程度接近，试样表面点蚀坑位置分布相对均匀。热处理后20号碳钢试样母材区域反应电阻值下降，焊缝与热影响区材料的反应电阻值显著升高。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 硫酸工业发展现状及研究意义

1．2 硫酸管道主要腐蚀失效形式

1．2．1 硫酸生产装置及输送管道概况

1．2．2 管道焊缝位置腐蚀失效

1．2．3 管道主要的腐蚀形态

1．3 硫酸管道腐蚀的国内外研究进展

1．3．1 点蚀研究方法及机理

1．3．2 不锈钢和碳钢材料与浓硫酸反应机理研究

1．3．3 不锈钢与碳钢材料与浓硫酸反应特性研究

1．3．4 焊接过程对不锈钢及碳钢材料耐蚀性的影响

1．3．5 焊后热处理对不锈钢和碳钢材料组织及耐蚀性的影响

1．4 本文主要研究内容

第二章 现场失效管段试样腐蚀分析

2．1 腐蚀失效基本情况

2．2 试样制备方法

2．3 现场浓硫酸管道的分析测试方法

2．3．1 显微金相组织分析

2．3．2 扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析

2．3．3 电化学测试方法

2．4 实验和测试结果分析

2．4．1 化学成分检验

2．4．2 显微金相结构分析

2．4．3 微观形貌分析

2．4．4 X射线能谱(EDS)分析

2．4．5 电化学行为分析

2．5 本章小结

第三章 硫酸管道材料腐蚀特性的实验研究

3．1 实验材料与实验方法

3．1．1 实验材料的准备

3．1．2 焊接试板的制备

3．1．3 电化学试样的制备

3．1．4 实验方法与过程

3．2 试样各位置显微金相结构分析

3．2．1 304不锈钢试样显微金相结构及分析

3．2．2 316L不锈钢试样显微金相结构及分析

3．2．3 20号碳钢试样显微金相结构及分析

3．3 浓硫酸温度对管道材料试样腐蚀特性的影响

3．3．1 浓硫酸温度对304不锈钢试样腐蚀特性的影响

3．3．2 浓硫酸温度对316L不锈钢试样腐蚀特性的影响

3．3．3 浓硫酸温度对20号碳钢试样腐蚀特性的影响

3．4 本章小结

第四章 热处理对管道材料腐蚀特性的影响

4．1 热处理仪器及方法

4．2 热处理后试样各位置显微金相结构分析

4．2．1 热处理后304不锈钢试样显微金相结构分析

4．2．2 热处理后316L不锈钢试样显微金相结构分析

4．2．3 热处理后20号碳钢试样显微金相结构分析

4．3 热处理对管道材料试样腐蚀特性的影响

4．3．1 电化学阻抗谱分析

4．3．2 极化曲线分析

4．3．3 表面形貌分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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