HDR雙相不銹鋼海水管路的使用與維修研究

1、HDR雙相不銹鋼海水管路的腐蝕及監(jiān)測張恒，葉文榮，孫斌，黃鐳（92601部隊，湛江 524009）摘 要：利用電化學(xué)方法，研究了HDR雙相不銹鋼在人工海水中的腐蝕特性。結(jié)果表明，HDR雙相不銹鋼的自腐蝕電位、點蝕電位較正，具有良好的腐蝕特性；與常用材料組成電偶對時，因HDR鋼與碳鋼、鑄鐵、黃銅等材料之間的電位相差較大，會發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕；解決HDR不銹鋼海水管路系統(tǒng)的腐蝕，關(guān)鍵是將HDR雙相不銹鋼與其它金屬制造的附件之間進(jìn)行有效的、完全的電絕緣隔離，才能防止電偶腐蝕。關(guān)鍵詞：HDR雙相不銹鋼；點蝕；電偶腐蝕；電絕緣Corrosion And Detection of HDR Duplex S

2、tainless Steel in Seawater Pipeline Zhang 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 pitti

3、ng 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 materia

4、ls 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:

5、HDR duplex stainless steel; pitting; electric-couple corrosion; electric insulation0 前言艦船上有多種海水管路系統(tǒng)，如消防系統(tǒng)，主疏水系統(tǒng)及各種海水冷卻系統(tǒng)等。海水管路的流速一般較高，常對管路造成湍流腐蝕、沖蝕及空泡腐蝕等。我軍艦船海水管路系統(tǒng)傳統(tǒng)上多使用銅合金。早期主要使用紫銅，紫銅的耐流動海水腐蝕性能較差。而HDR雙相不銹鋼由于具有良好的耐腐蝕性能、較好的抗拉強度以及塑性和韌性，而成為艦船用鋼的首選之一1。但是這些使用HDR雙相不銹鋼的艦船，大多在下水不久，有的甚至還未交付使用時，海水管路系統(tǒng)已發(fā)生了較嚴(yán)重

6、的腐蝕問題。管路的腐蝕大多發(fā)生在連接法蘭、彎管焊接處、管路中的其它金屬設(shè)備等，造成了嚴(yán)重的泄露，而管路中HDR材料本身并沒有嚴(yán)重的腐蝕。HDR雙相鋼管路系統(tǒng)的腐蝕嚴(yán)重影響了艦船的使用。采用適當(dāng)?shù)姆乐巩惙N金屬接觸腐蝕措施是可以解決HDR雙相不銹鋼海水系統(tǒng)的電偶腐蝕問題。1 試驗材料試驗所用材料為1Cr18Ni9Ti板材，B10、B30、A3、TUP管、H62Sn、鋁青銅和鋁黃銅，HDR雙相不銹鋼板及其焊接板，其化學(xué)成分見表1。表1 HDR雙相不銹鋼化學(xué)成分（%）Cr Ni Mo Si Mn C P S Fe23-26 4.5-7.5 2-3 1 2 0.03 0.035 0.03 余量作者簡介：

7、張恒（1982），男，漢族，江西樟樹人，工作單位：92601部隊，工程師，碩士。Email：jzy426，聯(lián)系電話主要研究方向為艦船腐蝕與防護(hù)。2 試驗方法2.1 自腐蝕電位試驗選取HDR雙相不銹鋼板及其焊接板為試驗材料，用石蠟涂封非工作面后在人工海水中浸泡，試驗溫度為室溫，參比電極為甘汞電極，用萬用表測量電位。2.2 電偶腐蝕試驗試驗采用HDR雙相不銹鋼和其他幾種材料偶接的方式，面積比為1:1，各材料的試驗面積均為6cm2，試驗溶液為人造海水，溫度為室溫，定期更換溶液，并用萬用表測量電偶電流。試驗共進(jìn)行了85天。2.3 應(yīng)力腐蝕試驗選取1Cr18Ni9Ti板材、HD

8、R雙相不銹鋼板及其焊接板為試驗材料，參照GB4334.8-84“不銹鋼42氯化鎂應(yīng)力腐蝕試驗方法”2進(jìn)行試驗，試樣為U型彎曲試樣，試驗周期為45天。2.4 點蝕電位測量試驗材料有HDR不銹鋼板、HDR不銹鋼焊縫和1Cr18Ni9Ti。試樣用環(huán)氧樹脂封裝，封裝前用30硝酸，60鈍化2小時；試樣工作面積1cm2。試樣用水磨砂紙磨至1500。試驗溶液為人造海水，試驗溫度為30±1和50±1，采用動電位掃描的方法，掃描速度20mV/min，試驗前電解池通氬氣30分鐘除氧3。3 試驗結(jié)果3.1自腐蝕電位試驗結(jié)果自腐蝕電位試驗結(jié)果如圖1和2所示。結(jié)果表明，HDR鋼的自腐蝕電位在人造海水

9、中浸泡20天左右穩(wěn)定且自腐蝕電位較正，腐蝕性能較好。 圖1 HDR鋼板自腐蝕電位隨時間的變化 圖2 HDR鋼焊縫自腐蝕電位隨時間的變化3.2電偶腐蝕試驗結(jié)果表2 各電偶對的平均電偶電流HDR鋼和其它材料形成的電偶對 TUP H62Sn B10 鋁青銅 A3 B30 鋁黃銅平均電偶電流（Acm2） 2.232 1.761 1.212 1.396 37.2 1.475 2.972HDR鋼與其它金屬材料在人造海水中組成的電偶對的平均電偶電流如表2所示。結(jié)果表明，HDR鋼與多數(shù)金屬材料組成電偶對時的電偶電流為正值，造成電偶腐蝕，尤其是HDR鋼與A3鋼的電偶對的平均電偶電流最大，這說明當(dāng)HDR鋼與A3鋼

10、組成電偶對時，由于兩者的電位差較大，會造成A3鋼的嚴(yán)重腐蝕。3.3應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)果表3 應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)果材料 HDR不銹鋼板 HDR不銹鋼焊縫 1Cr18Ni9Ti試驗結(jié)果 完好 完好 15天斷裂應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，在試驗周期內(nèi)，HDR雙相不銹鋼板及其焊接板都完好，1Cr18Ni9Ti鋼板在試驗15天時出現(xiàn)斷裂，HDR不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能好于1Cr18Ni9Ti鋼。3.4 點蝕電位試驗結(jié)果 圖3為試樣在人造海水中的陽極極化曲線。從圖可知，HDR不銹鋼的點蝕電位較正，耐點蝕性能較好，但隨溫度的變化較快。而1Cr18Ni9Ti鋼的點蝕電位隨溫度的變化較小，原因有待進(jìn)一步分析4。

11、由極化曲線確定各材料的點蝕電位，結(jié)果如表4。圖3 HDR鋼板、HDR焊縫和1Cr18Ni9Ti在人造海水中的陽極極化曲線表4 點蝕電位結(jié)果材料 30的點蝕電位 50的點蝕電位HDR鋼板 1052 126HDR不銹鋼焊縫 1084 2701Cr18Ni9Ti 138 1304 防止電偶腐蝕措施4.1 海水管系中的電偶腐蝕在以HDR雙相不銹鋼為主要海水系統(tǒng)材料的管系中，除了載荷流水的管子外，還有各種結(jié)構(gòu)或附件，如：聯(lián)結(jié)管段的法蘭、控制海水流通的各種閥、過濾海水的粗濾器以及海水冷卻系統(tǒng)中的冷卻器等。這些結(jié)構(gòu)或附件中使用的金屬材料有許多種，主要有鋁青銅、錫青銅（主要是銅錫合金）、海軍黃銅、不銹鋼、碳鋼

12、、鑄鐵等。大量的實船調(diào)研及管材之間的腐蝕特性試驗已經(jīng)表明，HDR雙相不銹鋼與這些材料發(fā)生電連接時，與其它材料會開形成電偶腐蝕，電偶腐蝕就是兩種不同的金屬材料，同浸在電解質(zhì)溶液中（如海水），并發(fā)生可導(dǎo)電的連接。如果這兩種金屬在海水中的電位不同，就會形成一個腐蝕電池，電位低的金屬是腐蝕電池的陽極（也是負(fù)極）；電位高的金屬是電池的陰極（也是電池的正極）5。在電子由低電位的陽極通過導(dǎo)電接觸通路流向陰極時，陽極就會快速地發(fā)生腐蝕溶解（一般要比該金屬的自腐蝕溶解速度快得多）。由于HDR不銹鋼的腐蝕電位較正，HDR鋼為陰極，其它材料為陽極。當(dāng)HDR鋼與碳鋼、鑄鐵、黃銅等材料之間的電位相差較大，會發(fā)生強烈的電

13、偶作用，使后者發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。如HDR不銹鋼管子上的碳鋼法蘭，閥門中的鑄鐵，黃銅部件都易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，如圖4所示。青銅（陽極） HDR鋼（陰極）海水碳鋼（陽極）eeeeeeCu2+Fe2+OH- O2絕緣墊片密封墊片絕緣套筒HDR鋼管及法蘭其它材質(zhì)附件及法蘭高強度螺栓鋼墊片鋼墊片螺母圖5 襯套絕緣法蘭結(jié)構(gòu)圖4 HDR雙相不銹鋼管與碳鋼法蘭及青銅閥之間的電偶腐蝕4.2 海水管系中的防止電偶腐蝕措施由于一些使用HDR鋼做海水管路的艦船，其海水系統(tǒng)中未考慮不同金屬之間的電偶腐蝕問題，出現(xiàn)了HDR管與碳鋼法蘭，HDR不銹鋼管子與其它金屬制造的閥、泵、壓力表頭等異種金屬的直接連接，這些連接未采取電絕緣

14、措施，從而出現(xiàn)了嚴(yán)重的電偶腐蝕問題。解決HDR不銹鋼海水系統(tǒng)的腐蝕，最關(guān)鍵的是將HDR不銹鋼管與其它金屬制造的附件之間進(jìn)行有效的、完全的電絕緣隔離，才能防止電偶腐蝕，保證艦船的安全使用?？刹扇∫韵麓胧海?）異種金屬法蘭連接的電絕緣當(dāng)HDR不銹鋼與其它金屬制造的附件進(jìn)行法蘭連接時，可采用圖5電絕緣法蘭結(jié)構(gòu)：在法蘭連接中，為使不同金屬材質(zhì)的兩個法蘭不產(chǎn)生電連接，法蘭間有絕緣不導(dǎo)電的墊片，連接螺栓要用絕緣套筒及絕緣墊片與金屬法蘭盤隔離。（3）避免電偶腐蝕的管路其它絕緣措施海水管系在全船鋪設(shè)時，需要大量的吊、支架，這些吊、支架一般焊在船體鋼鋼結(jié)構(gòu)上。如果不銹鋼管與吊、支架間沒有絕緣，則法蘭絕緣的兩側(cè)

15、異種金屬仍可通過吊、支架發(fā)生導(dǎo)電連接，電偶腐蝕仍不能避免。因此，在HDR管系的維修中，海水管系與所有固定用吊、支架之間必須進(jìn)行電絕緣。其方法是采用專用的電絕緣吊、支架，也可襯橡膠墊，如圖6所示。圖6 管路的絕緣吊架海水管橡膠鋼橡膠圖7 管內(nèi)無海水時的電絕緣監(jiān)測測量儀表青銅閥電絕緣電絕緣船體HDR管4.3 絕緣法蘭絕緣效果的檢測修理后的管系，除正常檢測外，還應(yīng)對絕緣法蘭進(jìn)行電絕緣檢測。檢測用500V兆歐表或?qū)Ｓ脙x表在組裝完畢，并處于干燥狀態(tài)的管系絕緣法蘭兩法蘭之間（或絕緣的兩側(cè)金屬間）進(jìn)行，檢測結(jié)果無短路且電阻值大于1K為合格。（1）管系干燥狀態(tài)的測量方法當(dāng)管系修理中，遇到HDR不銹鋼與異種金屬

16、相連接，采用絕緣法蘭或其它絕緣措施時，需要對絕緣效果進(jìn)行檢測。剛安裝好的管子，管道中無海水介質(zhì)，可采用電阻法對各絕緣部位進(jìn)行測量，以確定絕緣的可靠性。測量儀器是500V兆歐表，測量方法見圖7。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一絕緣法蘭絕緣失效，兩側(cè)不同金屬出現(xiàn)短路或電阻很小，此時可進(jìn)一步檢測法蘭中短路發(fā)生的具體部位。可按檢測法蘭盤上每一個螺栓的絕緣情況，如果有某個螺栓電阻很小，說明該螺栓絕緣失效；如果所有的螺栓絕緣都很好，那么就有可能是法蘭盤間的絕緣失效。（2）管內(nèi)有海水時的絕緣測量當(dāng)管內(nèi)充滿海水，或者管內(nèi)相當(dāng)潮濕時，絕緣法蘭的兩側(cè)金屬通過海水導(dǎo)電，絕緣法蘭兩側(cè)金屬之間的電阻將很小，用電阻法不能確定絕緣效果?？梢詫⒔^

17、緣法蘭兩側(cè)金屬看成是浸在海水電解質(zhì)中的兩個電極，如果絕緣法蘭的絕緣效果好，則相當(dāng)于兩電極之間是開路狀態(tài)，兩電極之間的電位差就是兩金屬在海水中的電位差；如果絕緣法蘭絕緣失效，相當(dāng)于兩側(cè)金屬發(fā)生短路，則兩側(cè)金屬的電位趨于相等，相當(dāng)于電池兩極間短路的情況。此時可用電壓表測量絕緣情況，如圖8所示。如果管2與管3之間的絕緣法蘭有良好的絕緣效果，則螺栓與兩個絕緣法蘭之間的電阻應(yīng)分別大于1K。圖8 管內(nèi)有海水時的電絕緣監(jiān)測測量儀表船體充滿海水電絕緣電絕緣電絕緣青銅閥不銹鋼管5 結(jié)論（1）HDR雙相不銹鋼的自腐蝕電位、點蝕電位較正，具有良好的腐蝕特性。（2）HDR雙相不銹鋼與常用艦船材料組成電偶對時，因HDR鋼與碳鋼、鑄鐵、黃銅等材料之間的電位相差較大，會發(fā)生強烈的電偶作用，使后者發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕。（3）解決HDR不銹鋼海水系統(tǒng)的腐蝕，最關(guān)鍵的是將HDR不銹鋼與其它金屬制造的附件之間進(jìn)行有效的、完全的電絕緣隔離，才能防止電偶腐蝕，保證艦船的安全使