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2結果及討論
2.1溝槽腐蝕敏感性系數計算方法
溝槽腐蝕敏感性的評價(jià)采用具有相對意義的溝槽腐蝕敏感性系數α作為評價(jià)指標，其定義為
α=h2/h1(1)
式中：h2和h1分別為腐蝕試驗前的原始表面到腐蝕溝底的深度和母材的腐蝕深度，mm。
一般認為，當腐蝕敏感性系數α≥1.3，HFW焊管具有高的溝槽腐蝕敏感性。溝槽腐蝕示意圖見(jiàn)圖1。
圖1溝槽腐蝕示意
2.2長(cháng)期浸泡法
溝槽腐蝕是由于焊縫和母材區域電化學(xué)活性差異而導致的電化學(xué)局部腐蝕。HFW J55焊管經(jīng)過(guò)120 d試驗后，測得溝槽腐蝕敏感性系數見(jiàn)表2。試驗后明顯看到腐蝕的溝，見(jiàn)圖2，由測試圖可看到一條明顯的藍色腐蝕長(cháng)溝，此溝為焊縫優(yōu)先腐蝕形成的腐蝕溝，在試樣腐蝕區域出現大量深淺不同的腐蝕坑，見(jiàn)圖3。
表2浸泡溝槽腐蝕實(shí)驗結果
圖2焊管溝槽腐蝕試驗后剖面形貌
圖3焊管激光共聚焦測試溝槽成像
2.3電化學(xué)極化法
HFW J55焊管經(jīng)過(guò)144 h試驗后，測得溝槽腐蝕敏感性系數見(jiàn)表3。
表3電化學(xué)極化法溝槽腐蝕實(shí)驗結果
溝槽腐蝕形貌見(jiàn)圖4，由圖4明顯可以見(jiàn)到焊縫中心一條被腐蝕的寬溝，附近是點(diǎn)蝕坑。采用德國LSM-700激光共聚焦顯微鏡對溝腐蝕后試樣進(jìn)行激光光路掃描(CSLM)分析，溝槽腐蝕試樣表面形貌見(jiàn)圖5。由圖5可看出不同顏色代表腐蝕后表面的溝深差，藍色區域為橫貫上下的焊縫腐蝕溝，且形貌為高低不平的溝壑。
圖4焊管溝槽腐后宏觀(guān)形貌
圖5焊管激光共聚焦測試溝槽成像
2.4微電極掃描法
腐蝕過(guò)程往往是從局部微區開(kāi)始的，而電化學(xué)反應電流是微區腐蝕反應的重要特征參數。掃描振動(dòng)電極技術(shù)(SVET)是研究微區電化學(xué)過(guò)程的重要手段，該技術(shù)可以測量局部電化學(xué)反應電流，表征腐蝕反應的過(guò)程，評價(jià)微區腐蝕情況。從電化學(xué)腐蝕角度來(lái)看，金屬的腐蝕速率可以用單位時(shí)間、單位面積上發(fā)生的金屬質(zhì)量的變化來(lái)表示。
式中：s為試樣面積，mm2;I為電流強度，mA;J為腐蝕電流密度，mA/cm2;t為時(shí)間，min;K為參與反應的金屬摩爾質(zhì)量比法拉第常數;Δh為腐蝕深度，mm;h2和h1為腐蝕試驗前的原始表面到腐蝕溝底的深度和母材的腐蝕深度，mm。
從式(2)(3)(4)可以看出，電化學(xué)反應速率與腐蝕電流密度成正比，因此可以通過(guò)測量不同區域腐蝕電流密度的大小來(lái)表征腐蝕速率的大小和焊縫區溝槽腐蝕的敏感性。
HFW J55焊管對試樣進(jìn)行掃描，經(jīng)測試在穩定后，掃描曲線(xiàn)的結果溝槽腐蝕敏感系數見(jiàn)表4。
表4微電極掃描溝槽腐蝕實(shí)驗結果
溝槽腐蝕形貌電流密度分布見(jiàn)圖6，從圖6中可看出在黃色焊縫區域的腐蝕電流密度較大，綠色區域為電流密度較小的熱影響區和母材區。整體形成的電流密度分布出現高低起伏，為不均勻分布。圖7能清楚的看出在焊縫區電流密度明顯高于熱影響區和母材區，從而也說(shuō)明了焊縫優(yōu)先腐蝕的特點(diǎn)。
圖6焊縫、熱影響區和母材區電流密度分布
圖7不同位置腐蝕電流密度分布示意
長(cháng)期浸泡法、電化學(xué)極化法和微電極掃描法3種試驗方法的溝槽腐蝕敏感系數分別為1.119，1.178和1.201，從3種試驗方法可以看出長(cháng)期浸泡法需要時(shí)間較長(cháng)，并且無(wú)外界施加電流完全是在自然狀態(tài)下進(jìn)行，并且更接近實(shí)際情況。電化學(xué)極化法是給施加了外界電流干擾，加速了溝槽腐蝕而且操作簡(jiǎn)單。微電極掃描法也是在無(wú)外界干擾的情況下進(jìn)行，試驗周期也短，但設備昂貴。微電極采集到的電流非常微小，對實(shí)驗數據的可靠性有待進(jìn)一步研究。從3種試驗方法測試溝槽腐蝕敏感系數可看出，敏感系數差距不大，都在小于1.3范圍內。
王榮等的研究表明，油套管焊接區溝槽腐蝕敏感系數與鋼的含C量密切相關(guān)，增加C含量將增大溝槽腐蝕敏感性。進(jìn)一步降低鋼中C的質(zhì)量分數(0.04%～0.08%)，可使母材與焊縫的顯微組織均為細晶鐵素體，可以有效降低溝槽腐蝕敏感性。
Duran等研究了環(huán)境因素對溝槽腐蝕行為的影響，認為溝槽腐蝕起源于焊縫區MnS夾雜，溶液的pH值、O2含量、Cl-含量、流速和溫度等因素均對溝槽腐蝕行為有影響。
在HFW焊接過(guò)程的急熱和焊后的急冷過(guò)程中，在冷卻轉變過(guò)程中，熱應力和組織應力共同作用于滲碳體流線(xiàn)，產(chǎn)生應力集中，在焊縫兩側形成較高的殘余應力。殘余應力會(huì )加速鋼的腐蝕，因此，在焊縫兩側形成基本對稱(chēng)的腐蝕溝槽。即使采用焊后的相變熱處理也很難消除這種腐蝕傾向，但長(cháng)時(shí)間的無(wú)相變去應力退火會(huì )顯著(zhù)降低溝槽腐蝕。
3結論
(1)通過(guò)試驗得出，評價(jià)溝槽腐蝕的試驗方法為長(cháng)期浸泡法、電化學(xué)極化法、微電極掃描法。3種試驗方法的溝槽腐蝕敏感系數分別為1.119，1.178和1.201。
(2)3種測試方法結果可看出測量點(diǎn)隨機性較強，是造成溝槽腐蝕敏感系數結果不一致的主要原因。因此在進(jìn)行試驗時(shí)應對測量點(diǎn)進(jìn)行必要的標注，以增加實(shí)驗的準確性。
(3)采用HFW電阻直縫焊接的鋼管，由于焊接過(guò)程中焊縫區、熱影響區、母材熱處理過(guò)程中的差異，造成組織結構、晶粒度大小、殘余應力的不同，從而產(chǎn)生電化學(xué)性能存在差異，這種差異導致了溝槽腐蝕的發(fā)生。
