材料环境腐蚀与X70管线钢贮存期锈蚀研究

材料环境腐蚀与X70管线钢贮存期锈蚀研究——北京科技大学腐蚀中心报告人:李晓刚日期：2009.9北京科技大学腐蚀与防护中心报告内容1.北科大腐蚀中心简介2.国家材料环境腐蚀试验台网3.X70管线钢土壤腐蚀行为研究4.X70管线钢贮存期点蚀研究北京科技大学腐蚀与防护中心1.北京科技大学腐蚀与防护中心简介¾1985年成立“联合国开发署－国家科委－北京腐蚀与防护中心”；¾腐蚀与防护中心现设5个研究室；¾现有教授15名，副教授17名，讲师7名，其中中国科学院院士1名，国家级突出贡献专家1名，长江特聘教授2名，博士导师15名，跨世纪优秀人才3名，国家自然科学基金杰出青年基金获得者1名。北京科技大学腐蚀与防护中心1.北京科技大学腐蚀与防护中心简介腐蚀中心主要研究方向：¾材料自然环境腐蚀¾材料工业环境腐蚀¾磨损腐蚀¾环境敏感断裂¾高温腐蚀¾防腐蚀表面技术¾腐蚀数据应用与咨询服务¾……北京科技大学腐蚀与防护中心1.北京科技大学腐蚀与防护中心简介腐蚀中心主要设备有：扫描电镜、微区电化学综合测试系统、原子力显微镜、纳米力学探针、超高温热天平、各种电化学测试系统、开尔文探针、高温高压模拟腐蚀装置、高流速冲刷腐蚀试验装置、模拟环境下慢应变拉伸机、各种大气、海水、土壤模拟腐蚀试验装置、电子铝箔联动腐蚀装置、摩擦磨损试验装置、多功能镀膜装置、超音速电弧喷涂设备、热压滤制备陶瓷涂层装置等。北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网平台概况：“国家材料自然环境腐蚀实验台网建设”是参照国外同类平台的建设水平、根据我国材料环境腐蚀台站的基础条件和科技部建设国家野外台站规划，以28个野外试验站和1个综合研究中心构建的国家材料环境腐蚀数据共享服务平台。北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网1、腐蚀站网体系的整合情况在科技部、国家自然科学基金委员会和其它部门的领导和支持下，在“整合、完善、提高、共享”的原则指引下，经过对原有51个材料环境腐蚀试验站进行系列遴选、答辩、论证工作后，完成了对原有51个试验站点的整合、改造、以及西部新的试验站点建设，形成了由28+1（西沙）个材料环境腐蚀国家野外科学观测研究站组成的新的材料环境腐蚀国家野外科学观测研究平台。目前，已有21个试验站通过专家组的验收成为示范站。——目前整合优秀资源达到100%。北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网大气腐蚀试验站北京大气试验站敦煌大气试验站广州大气试验站江津大气试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网大气腐蚀试验站库尔勒大气试验站拉萨大气试验站漠河大气试验站青岛大气试验站北京科技大学腐蚀与防护中心武汉大气试验站2.国家材料环境腐蚀试验台网大气腐蚀试验站琼海大气试验站沈阳大气试验站万宁大气试验站西双版纳大气试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网水环境腐蚀试验站青岛海水试验站三亚海水试验站舟山海水试验站厦门海水试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网水环境腐蚀试验站郑州淡水试验站武汉淡水试验站格尔木盐湖水试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网土壤环境腐蚀试验站成都土壤试验站大港土壤试验站大庆土壤试验站格尔木土壤试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网土壤环境腐蚀试验站库尔勒土壤试验站拉萨土壤试验站沈阳土壤试验站鹰潭土壤试验站北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网2、腐蚀站网平台观测研究资源整合情况按照科技部边建设、边共享的原则，整合改造了试验场地和设施，平台试验站建设面积达到485,000平方米，试验设施总面积达到105,000多平方米。建立了试验观测研究的标准化规范化的框架体系，平台通过近年来的硬件设施建设明显缩小了与美国、日本等发达国家的差距，整体实力基本相当了。——可以顺利进入边共享、边建设的新阶段。北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网™实验室研究仪器设备：——材料腐蚀平台综合中心（北京科技大学）：z作为材料腐蚀观测研究平台的研究中心，建设了具有国际先进水平的材料环境腐蚀研究中心，拥有开展材料环境腐蚀基础研究的环境扫描电子显微镜、M370微区电化学工作站、以及Atlas综合腐蚀试验箱等加速腐蚀设备。北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网数据资源汇交模式——开发数据汇交、数据审核与管理软件，完成数据从生产到入库的信息化链条——确保数据资源快捷、安全、持续更新汇交入库！数据上报数据上报数据审核数据审核数据入库管理数据入库管理数据录入数据批量导入数据打包数据上报数据传输数据修正附加文件……数据接收数据审核审核信息数据重审信息转发数据入库数据表管理中间库中心库数据表统计数据模板生成数据库维护北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网共享制度材料环境腐蚀国家野外科学观测研究平台的共享服务网络体系：北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网共享制度z制定了《材料环境腐蚀国家野外科学观测研究试验站网数据共享与管理办法》（详见附件）z建立了数据共享服务中英文网站：——共享服务网站开通第一年访问量近50万人次。国家材料环境腐蚀（老化）科学数据共享服务网国家材料环境腐蚀试验台网共享制度开放服务与共享流程（申请-审核-共享-回访跟踪）登陆共享网站不注册注册成为用户浏览数据目录选择所需数据填写申请表弹出数据服务申请表在线提交申请表离线方式提交具有单位凭证的申请表获得相应浏览下载权限经站网数据共享部确认身份下载所学数据经站网管理部审核离线方式获得所需数据提供应用成果证明网站根据申请表/注册信息回访北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网工作条件材料腐蚀平台中心（北京科技大学）：北京科技大学腐蚀与防护中心北京科技大学腐蚀与防护中心2.国家材料环境腐蚀试验台网资源信息汇交与网站运行情况进入门户网站首页进入门户网站首页点击自然环境腐蚀站网点击自然环境腐蚀站网选取所需核心元数据选取所需核心元数据进入腐蚀共享网浏览进入腐蚀共享网浏览北京科技大学腐蚀与防护中心3.X70管线钢土壤腐蚀行为研究——室外埋样试验点试样类型合计（片）平板U双U缝隙库尔勒2003年8个月和1年各4片；2006年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2003年8个月和1年各4片52西双版纳2005年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2005年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2005年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片－60大港2006年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片－44鹰潭2006年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片－44拉萨2006年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片－44格尔木2006年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2006年1年、2年、4年3周期各四片2003年8个月和1年各4片52加拿大2008年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片－－－20英国2008年1年、2年、4年、8年、16年5周期各四片－－－20合计－336北京科技大学腐蚀与防护中心3.X70管线钢土壤腐蚀行为研究——室内研究™出版专著一部《X70钢的腐蚀行为与试验研究》™室内研究方向：目前X系列管线钢方向已经毕业博士5名，毕业硕士8名；在读博士3名，在读硕士4名。9X系列管线钢土壤加速模拟试验研究；9X系列管线钢H2S腐蚀与HIC研究；9X系列管线钢缝隙腐蚀行为研究；9X系列管线钢组织、结构与腐蚀行为的关系。北京科技大学腐蚀与防护中心Crevicecorrosion4.X70管线钢贮存期点蚀研究Oxidationdiffusion北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究™点蚀又称小孔腐蚀，是一种腐蚀集中在金属表面很小范围内并深入到金属内部甚至穿孔的孔蚀形态。™具有自钝化特性的金属，如不锈钢、铝和铝合金等在含氯离子的介质中，经常发生点蚀。在许多含氯离子的介质中碳钢亦会出现点蚀现象。北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究™小孔腐蚀的蚀孔直径一般只有数十微米，但深度等于或远大于孔径。™孔口多数有腐蚀产物覆盖，少数呈开放式（无腐蚀产物覆盖）。™蚀孔通常沿着重力方向发展，一块平放在介质中的金属，蚀孔多在朝上的表面出现，很少在朝下的表面出现。北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究™点蚀产生的主要特征有下列三个方面：™（1）点蚀多发生于表面生成钝化膜的金属或表面有阴极性镀层的金属上。当这些膜上某些点上发生破坏，破坏区域下的金属基体与膜未破坏区域形成活化－钝化腐蚀电池，钝化表面为阴极而且面积比活化区大很多，腐蚀向深处发展形成小孔。™（2）点蚀发生在含有特殊离子的介质中，如不锈钢对卤素离子特别敏感，其作用顺序为Cl-Br-I-。这些阴离子在合金表面不均匀吸附导致膜的不均匀破坏。™（3）点蚀通常在某一临界电位以上发生，该电位称作点蚀电位或击破电位（Eb），又在某一电位以下停止，而这一电位称作保护电位或再钝化电位（Ep）。当电位大于Eb，点蚀迅速发生、发展；电位在Eb～Ep之间，已发生的蚀孔继续发展，但不产生新的蚀孔；电位小于Ep，点蚀不发生，即不会产生新的孔蚀，已有的蚀孔将被钝化不再发展。在一些情况下，例如含硫化物夹杂的低碳钢在中性氯化物溶液中，点蚀也可能发生在活化电位区。北京科技大学腐蚀与防护中心各种点腐蚀形貌(a)窄深，(b)椭圆形，(c)宽浅，(d)在表面下面，(e)底切形，(f)水平形，(g)垂直形北京科技大学腐蚀与防护中心点蚀发生发展过程™(1)点蚀成核（发生）™点蚀从发生到成核之前有一段孕育期，有的长达几个月甚至几年时间。孕育期是从金属与溶液接触一直到点蚀开始的这段时间。孕育期阶段是一个亚稳态阶段，它包括亚稳孔形核、生长、亚稳孔转变为稳定蚀孔的过程。孕育期随着氯离子浓度的增大和电极电位的升高而缩短。北京科技大学腐蚀与防护中心点蚀发生发展过程™（2）点蚀生长（发展）™一旦形成蚀孔后，孔蚀的发展是很快的。孔蚀发展模型也有很多，目前比较公认的是蚀孔内发生酸化自催化过程。北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究贮存后X70管线钢腐蚀宏观形貌北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究贮存后X70钢表面氧化皮缺陷形貌北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究贮存后X70钢表面氧化皮缺陷微观形貌北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究贮存后X70钢腐蚀缺陷微观形貌北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究1)X70正面(×200)2)X70垂直于轧向侧面(×200)3)X70平行于轧向侧面(×200)4)X70正面夹杂物(×25)3.3金相组织北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究Q235X70-1轧制后无贮存X70-2轧制后贮存X70管线钢氧化皮结构北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究Q235氧化皮中成分变化北京科技大学腐蚀与防护中心4.X70管线钢贮存期点蚀研究X70管线钢氧化皮中成分变化北京科技大学腐蚀与防护中心氧化皮结构及成分分析20406080100Intensity(a.u)2theta(degree)Fe2O3Fe3O4Fe(a)Q23520406080100Intensity(a