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HDR双相不锈钢海水管路的使用与维修研究.docx

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    • HDR双相不锈钢海水管路的腐蚀及监测张恒,叶文荣,孙斌,黄镭 (92601 部队,湛江 524009) 摘要:利用电化学方法,研究了 HDR双相不锈钢在人工海水中的腐蚀特性结果表明,HDR双 相不锈钢的自腐蚀电位、点蚀电位较正,具有良好的腐蚀特性;与常用材料组成电偶对时,因HDR 钢与碳钢、铸铁、黄铜等材料之间的电位相差较大,会发生严重的电偶腐蚀;解决HDR不锈钢海水 管路系统的腐蚀,关键是将HDR双相不锈钢与其它金属制造的附件之间进行有效的、完全的电绝缘 隔离,才能防止电偶腐蚀关键词:HDR双相不锈钢;点蚀;电偶腐蚀;电绝缘Corrosion And Detection of HDR Duplex Stainless Steel in Seawater PipelineZhang Heng, Ye Wen-rong, Sun Bin, Huang Lei(Troops of 92601, Zhanjiang 524009, China)Abstract: Electrochemical methods were used to study corrosive characteristic of HDR duplex stainless steel in simulated seawater. The results showed that corrosive potential and pitting potential of HDR duplex stainless steel are more positive, and it has favorable corrosive characteristic. When formed the electric-couple with other common materials, it will occur serious electric-couple corrosion, because the potential difference of HDR duplex stainless steel with other materials such as carbon steel, cast iron and brass. The key that effective and complete electric insulation between HDR duplex stainless steel and accessory made other materials can solve corrosion in seawater pipeline system of HDR duplex stainless steel, which avoid electric-couple corrosion.Key words: HDR duplex stainless steel; pitting; electric-couple corrosion; electric insulation0 前言舰船上有多种海水管路系统,如消防系统,主疏水系统及各种海水冷却系统等。

      海水管路的流 速一般较高,常对管路造成湍流腐蚀、冲蚀及空泡腐蚀等我军舰船海水管路系统传统上多使用铜 合金早期主要使用紫铜,紫铜的耐流动海水腐蚀性能较差而HDR双相不锈钢由于具有良好的耐 腐蚀性能、较好的抗拉强度以及塑性和韧性,而成为舰船用钢的首选之一⑴但是这些使用HDR双 相不锈钢的舰船,大多在下水不久,有的甚至还未交付使用时,海水管路系统已发生了较严重的腐 蚀问题管路的腐蚀大多发生在连接法兰、弯管焊接处、管路中的其它金属设备等,造成了严重的 泄露,而管路中HDR材料本身并没有严重的腐蚀HDR双相钢管路系统的腐蚀严重影响了舰船的 使用采用适当的防止异种金属接触腐蚀措施是可以解决HDR双相不锈钢海水系统的电偶腐蚀问题1试验材料试验所用材料为lCrl8Ni9Ti板材,B10、B30、A3、TUP管、H62Sn、铝青铜和铝黄铜,HDR 双相不锈钢板及其焊接板,其化学成分见表1表1 HDR双相不锈钢化学成分(%)CrNiMoSiMnCPSFe23-264.5-7.52-3W1W2W0.03W0.035W0.03余量作者简介:张恒(1982—),男,汉族,江西樟树人,工作单位:92601部队,工程师,硕士。

      Email: izy426@,联系:18607740300,主要研究方向为舰船腐蚀与防护 2试验方法2.1自腐蚀电位试验选取HDR双相不锈钢板及其焊接板为试验材料,用石蜡涂封非工作面后在人工海水中浸泡,试 验温度为室温,参比电极为甘汞电极,用万用表测量电位2.2电偶腐蚀试验试验采用HDR双相不锈钢和其他几种材料偶接的方式,面积比为1:1,各材料的试验面积均为 6cm2,试验溶液为人造海水,温度为室温,定期更换溶液,并用万用表测量电偶电流试验共进行 T 85 天2.3应力腐蚀试验选取1 Crl8Ni9Ti板材、HDR双相不锈钢板及其焊接板为试验材料,参照GB4334.8-84 “不锈钢 42%氯化镁应力腐蚀试验方法”〔2]进行试验,试样为u型弯曲试样,试验周期为45天2.4点蚀电位测量试验材料有HDR不锈钢板、HDR不锈钢焊缝和1 Crl8Ni9Tio试样用环氧树脂封装,封装前用 30%硝酸,60C钝化2小时;试样工作面积lcnF试样用水磨砂纸磨至1500#试验溶液为人造海 水,试验温度为30+1 C和50lC,采用动电位打描的方法,扫描速度20mV/min,试验前电解池 通氮气30分钟除氧内。

      3试验结果3.1自腐蚀电位试验结果自腐蚀电位试验结果如图1和2所不结果表明,HDR钢的自腐蚀电位在人造海水中浸泡20 天左右稳定且自腐蚀电位较正,腐蚀性能较好图1 HDR钢板自腐蚀电位随时间的变化 图2 HDR钢焊缝自腐蚀电位随时间的变化3.2电偶腐蚀试验结果表2各电偶对的平均电偶电流HDR钢和其它材料形成的电偶对TUPH62SnBIO铝青铜A3B30铝黄铜平均电偶电流(u A/cn?)2.2321.7611.2121.39637.21.4752.972HDR钢与其它金属材料在人造海水中组成的电偶对的平均电偶电流如表2所不结果表明,HDR 钢与多数金属材料组成电偶对时的电偶电流为正值,造成电偶腐蚀,尤其是HDR钢与A3钢的电偶 对的平均电偶电流最大,这说明当HDR钢与A3钢组成电偶对时,由于两者的电位差较大,会造成 A3钢的严重腐蚀3.3应力腐蚀试验结果 表3 应力腐蚀试验结果材料HDR不锈钢板HDR不锈钢焊缝lCrl8Ni9Ti试验结果完好完好15天断裂应力腐蚀试验结果如表3所示结果表明,在试验周期内,HDR双相不锈钢板及其焊接板都完 好,!Crl8Ni9Ti钢板在试验15天时出现断裂,HDR不锈钢的抗应力腐蚀性能好于!Crl8Ni9Ti钢。

      3.4点蚀电位试验结果图3为试样在人造海水中的阳极极化曲线从图可知,HDR不锈钢的点蚀电位较正,耐点蚀性 能较好,但随温度的变化较快而1 Crl8Ni9Ti钢的点蚀电位随温度的变化较小,原因有待进一步分 析⑷由极化曲线确定各材料的点蚀电位,结果如表4—■ — HDR-30-□- HDR-50-•- HDRH-30 -o- HDRH-50-♦- 1Cr18Ni9Ti-30 一◊一 1Cr18Ni9Ti-501.2-1.0-(山 OS s> >luQU20d0.8 -0.6・0.4-0.2-0.0--0.2--0.4-1E-6 1E-5 1E-4 1E-3current density(A/cm2)图3 HDR钢板、HDR焊缝和!Crl8Ni9Ti在人造海水中的阳极极化曲线表4点蚀电位结果材料30C的点蚀电位50C的点蚀电位HDR钢板1052126HDR不锈钢焊缝1084270!Crl8Ni9Ti1381304防止电偶腐蚀措施4.1海水管系中的电偶腐蚀在以HDR双相不锈钢为主要海水系统材料的管系中,除了载荷流水的管子外,还有各种结构或 附件,如:联结管段的法兰、控制海水流通的各种阀、过滤海水的粗滤器以及海水冷却系统中的冷 却器等。

      这些结构或附件中使用的金属材料有许多种,主要有铝青铜、锡青铜(主要是铜锡合金)、 海军黄铜、不锈钢、碳钢、铸铁等大量的实船调研及管材之间的腐蚀特性试验已经表明,HDR双 相不锈钢与这些材料发生电连接时,与其它材料会开形成电偶腐蚀,电偶腐蚀就是两种不同的金属 材料,同浸在电解质溶液中(如海水),并发生可导电的连接如果这两种金属在海水中的电位不同, 就会形成一个腐蚀电池,电位低的金属是腐蚀电池的阳极(也是负极);电位高的金属是电池的阴极 (也是电池的正极)[5]o在电子由低电位的阳极通过导电接触通路流向阴极时,阳极就会快速地发生 腐蚀溶解(一般要比该金属的自腐蚀溶解速度快得多)由于HDR不锈钢的腐蚀电位较正,HDR钢 为阴极,其它材料为阳极当HDR钢与碳钢、铸铁、黄铜等材料之间的电位相差较大,会发生强烈 的电偶作用,使后者发生严重的腐蚀如HDR不锈钢管子上的碳钢法兰,阀门中的铸铁,黄铜部件 —•11\一邙日极)HDR钢(阴极)都易发生严重的腐蚀,如图4所示海水图4 HDR双相不锈钢管与碳钢法兰及青铜阀之间的电偶腐蚀 图5衬套绝缘法兰结构4.2海水管系中的防止电偶腐蚀措施由于一些使用HDR钢做海水管路的舰船,其海水系统中未考虑不同金属之间的电偶腐蚀问题, 出现了 HDR管与碳钢法兰,HDR不锈钢管子与其它金属制造的阀、泵、压力表头等异种金属的直 接连接,这些连接未采取电绝缘措施,从而出现了严重的电偶腐蚀问题。

      解决HDR不锈钢海水系统 的腐蚀,最关键的是将HDR不锈钢管与其它金属制造的附件之间进行有效的、完全的电绝缘隔离, 才能防止电偶腐蚀,保证舰船的安全使用可采取以下措施:(1) 异种金属法兰连接的电绝缘当HDR不锈钢与其它金属制造的附件进行法兰连接时,可采用图5电绝缘法兰结构:在法兰连 接中,为使不同金属材质的两个法兰不产生电连接,法兰间有绝缘不导电的垫片,连接螺栓要用绝 缘套筒及绝缘垫片与金属法兰盘隔离3)避免电偶腐蚀的管路其它绝缘措施海水管系在全船铺设时,需要大量的吊、支架,这些吊、支架一般焊在船体钢钢结构上如果 不锈钢管与吊、支架间没有绝缘,则法兰绝缘的两侧异种金属仍可通过吊、支架发生导电连接,电 偶腐蚀仍不能避免因此,在HDR管系的维修中,海水管系与所有固定用吊、支架之间必须进行电 绝缘其方法是采用专用的电绝缘吊、支架,也可衬橡胶垫,如图6所示图6管路的绝缘吊架图7管内无海水时的电绝缘监测表在组装完毕,并处于干燥状态的管系绝缘法兰两法兰之间(或绝缘的两侧金属间)进行,检测结 果无短路且电阻值大于1KQ为合格1) 管系干燥状态的测量方法当管系修理中,遇到HDR不锈钢与异种金属相连接,采用绝缘法兰或其它绝缘措施时,需要对 绝缘效果进行检测。

      刚安装好的管子,管道中无海水介质,可采用电阻法对各绝缘部位进行测量, 以确定绝缘的可靠性测量仪器是500V兆欧表,测量方法见图7当发现某一绝缘法兰绝缘失效,两侧不同金属出现短路或电阻很小,此时可进一步检测法兰中 短路发生的具体。

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