v几种不同材料在含硫介质中的腐蚀性
第27卷第2期2007年4月
中国腐蚀与防护学报
Journa l of Ch i n ese Soc i ety for Corrosi on and Protecti on
Vol . 27No . 2Ap r . 2007
几种不同材料在含硫介质中的腐蚀性
雷阿利 冯拉俊 马小菊
(西安理工大学材料科学与工程学院西安710048)
摘要:用失重法和恒电位极化法研究了45#碳钢、1Cr18N i9Ti 、304不锈钢和N i -P 合金镀层在含S 介质中的腐蚀性. 结果表明, 低温条件下, S 2-浓度变化对4种材料阴极极化和阳极极化影响较小, 1Cr18N i9Ti 和304不锈钢的极化曲线相似, 为典型的阴、阳极控制的电化学腐蚀过程, 自腐蚀电位和自腐蚀电流相近; N i -P 合金镀层出现了钝化区; 45#碳钢出现了阳极控制的扩散过程. 温度升高, 腐蚀速率增大, 1Cr18N i9Ti 和304不锈钢的极化率变大, N i -P 合金镀层的钝化性能减弱, 1Cr18N i9Ti 、304不锈钢和N i -P 合金镀层均是含S 介质中的耐蚀材料. 关键词:45#碳钢 1Cr18N i9Ti 304不锈钢 N i -P 合金镀层 硫腐蚀
中图分类号:TG146 文献标识码:A 文章编号:100524537(2007) 0220065205
1前言
近年来, 随着我国国民经济的发展, 国内原油已
不能满足工业生产的需求, 因而常需进口原油, 进口原油大部分来自中东地区, 而中东地区的原油S 含
[1]
量在015%～210%. S 含量在110%S 含量在110%[2]
行, 镀层结构为非晶态, P 含量为11mass%.
选取3个平行试样, 4种材料在不同温度、溶液中的腐蚀, 一端引出导
2###
c m 工作面积, 用400、600、800, 酒精脱脂, 去离子水冲洗, 干燥后备用. 45碳钢和N i -P 镀层试样尺寸为
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形, 面积分别为415c m 和214c m .
S 腐蚀在低温下主要发生电化学腐蚀, 而低温
2-[4, 5]
轻油中腐蚀主要由S 引起. 本文主要研究常温至80℃条件下材料的腐蚀, 实验溶液由Na 2S ・9H 2O (分析纯) 与蒸馏水配制而成.
动电位扫描极化曲线测试采用三电极体系, 以铂电极为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极(SCE ) . 动电位扫描装置由GX -1给定信号发生器、HDV -7C 恒电位仪、L M20A -200X -Y 记录仪组成. 自腐蚀电位的测量时间为15m in ～20m in, 扫描速率为2mV /s . 用DK -98-I 电子恒温水浴控制测量温度. 文中电极电位均相对于饱和甘汞电极.
#
, S 不
, 而且对原油开采、. 例如, 常减压蒸馏一次加工装置的“”低温部位, 催化裂化等二次加工装置冷凝冷却系统, 加热炉转油线、塔器等高温部位, 加氢裂化和加氢精制等精加工系统的高温部位都造成严重的腐蚀. 对茂名炼油厂、西安石油化工厂现场调查发现, 普通碳钢在S 含量为1%左右的原
2
油环境中的腐蚀速率达到013g/(m ・h ) ～017
2
g/(m ・h ) , 严重影响着炼油设备的正常运转. 针对此种实情, 本文对几种常用材料和N i -P 合金镀层在含S 介质中的腐蚀性进行研究, 从而为炼油设备的选材和防护提供基础数据.
2实验方法
选用45碳钢、化学镀N i -P 合金镀层、304不锈钢和1Cr18N i9Ti 不锈钢4种材料为研究对象. 化
[3]
学镀N i -P 合金镀层根据文献的工艺和配方进
#
3结果与讨论
311腐蚀速率测试
定稿日期:2006206225
基金项目:陕西省教育厅基金项目“高硫原油炼制设备的腐蚀与防
(02jc15) 护”
腐蚀速率测定结果表明(图1) 可知, 45碳钢的
腐蚀速率明显大于其它3种材料, 温度为20℃时, N i -P 镀层的腐蚀速率小于不锈钢, 温度在40℃～80℃之间时, N i -P 镀层的腐蚀速率高于1Cr18N i9Ti 和304不锈钢, 但仍在同一个数量级上.
#
作者简介:雷阿利, 1957年生, 副教授, 主要从事设备的腐蚀与防护
和材料成形研究
不锈钢耐S 腐蚀的主要原因在于Cr 在S 介质中
[6, 7]
具有钝化性, N i -P 镀层为典型的非晶合金, 它
2-2-
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卷
F i g . 1Results of corr osi on rate f or Na 2S s oluti on at different te mperatures 1(a ) 20℃, corr osi on
ti m e 1512) ℃(60d ) ℃, corr osi on ti m e 240hours
, 不存在成分偏析、夹杂和第二相. 因此, 具有较好的化学和电化学均匀性, 表现出极好的耐S 腐蚀性. 312电化学测试
4种材料在20℃和80℃条件下, 不同质量分数Na 2S 溶液中的阳极极化曲线测试结果见图2. 可见, 45碳钢的自腐蚀电流密度最大, 其次是1Cr18N i9Ti
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2-
线形状相似, 属于典型的阴、阳极控制的电化学腐蚀体系, 其自腐蚀电位和自腐蚀电流密度大小各相近, 说明这两种材料耐S 腐蚀性相近.
2-20℃条件下, 随S 浓度的变化(图2a, 2b, 2c,
2-
2d ) , 对4种材料的阴、阳极极化率影响较小, 材料
的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度变化不大. 而80℃
2-条件下, 随S 浓度的增大(图2e, 2f, 2g, 2h ) , N i -P 镀层的自腐蚀电位明显负移, 在S 浓度为115%时, N i -P 镀层表现出明显的钝化性能, 1Cr18N i9Ti 、304不锈钢阳极出现了极限扩散电流, 说明该腐蚀
2-
和304不锈钢、N i -P 合金镀层, 与失重法测试结果(图1) 相吻合. 由20℃下的阳极极化曲线(图2a, 2b, 2c, 2d ) 可知, 45碳钢的阳极极化率大于阴极极
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化率, 当自腐蚀电流密度增至0108mA /c m 时, 阳极表现出扩散控制的特征, 电位升高, 腐蚀电流不再变化, 说明该腐蚀过程为阳极控制的. N i -P 镀层的自腐蚀电流最小, 而它的自腐蚀电位与45碳钢的自腐蚀电位相当. N i -P 合金镀层随电位的增加出现钝化的现象, 这是由于在N i -P 合金表面生成了吸附性很强的相
[8]
#
2
过程在电位较高时为阳极控制, 自腐蚀电位和自腐蚀电流变化不大. 综合来看, 随着温度和S 浓度的增大, 阳极极化曲线发生了变化, 阴极极化曲线的斜率和形状基本上未发生变化. 因此, 可以认为温度和S 浓度主要影响腐蚀的阳极过程.
2-2-
图3是利用Tafel 公式, 对所测试的极化曲线通过外推法求出的4种材料在不同Na 2S 的浓度中的自腐蚀电位和自腐蚀电流. 可见, 20℃时(图3a ) , Na 2S 的浓度在110%～215%范围内, 45钢的自腐蚀
#
, 吸附的反应产物相通过阻止镀
层本体与腐蚀介质的接触而起到耐蚀作用. 这与文献报道的N i -P 非晶镀层在腐蚀介质下会很快形成钝化膜
[9]
, 即使在遭受破坏后, 也能快速进行修复电流密度为011mA /cm , 304和1Cr18N i9Ti 不锈钢的自腐蚀电流密度在01002mA /c m ～01007mA /c m
2
2
2
的结论相吻合. 1Cr18N i9Ti 和304不锈钢的极化曲
2期雷阿利等:几种不同材料在含硫介质中的腐蚀性 67
F i g . 2Polarizati on curves of four materials in different mass percent Na 2S s oluti on at different te mperatures (a ) 20℃, 1. 0%Na 2S;
(b ) 20℃, 1. 5%Na2S; (c ) 20℃, 2. 0%Na2S; (d ) 20℃, 2. 5%Na2S; (e ) 80℃, 1. 0%Na 2S; (f ) 80℃, 1. 5%Na 2S; (g ) 80℃, 2. 0%Na 2S; (h ) 80℃, 2. 5%Na 2S
范围内, 比45碳钢小2个数量级, 而N i -P 镀层的自腐蚀电流密度在010006mA /cm ～010007mA /c m
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范围内, 比45碳钢的自腐蚀电流密度小3个数量
2
2
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级. 温度升至80℃时(图3b ) , 4种材料的自腐蚀电流都有所增大, 45钢的自腐蚀电流密度增大幅度较小, 而304、1Cr18N i9Ti 和N i -P 镀层的自腐蚀电流
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卷
F i g . 3Corr osi on current density (a, b ) ) f materials in different mass percent Na 2S s oluti on at differ 2
ent te mperature
, N i -P 镀层自腐. , 此温度下N i -P 镀层仍为最耐Na 2S 腐蚀的材料. 自腐蚀电流密度是电化学方法测试的腐蚀速度. 将这种方法测试的腐蚀速度与图1所示失重法测试的腐蚀速度数据相比较发现, 20℃条件下电化学方法测试的腐蚀速度与失重法测
时, N i -P 镀层的腐蚀速率大于1Cr18N i9Ti 和304
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不锈钢, 但远小于45. 钢N i -P 镀层、1Cr18N i9Ti 和304不锈钢均是含S 介质中的耐蚀材料.
(2) 常温下, 在S 2-浓度为110%～215%时N i -P 合金镀层有钝化现象, 不锈钢表现为阴、阳极
试(图1a ) 的数据相近, 规律一致. 80℃时失重法测
试的结果(图1d ) 中, N i -P 镀层与304和1Cr18N i9Ti 不锈钢腐蚀速率相近, 而电化学方法测
控制的电化学腐蚀过程; 45钢出现了扩散控制的极化过程, 在80℃时不锈钢的腐蚀过程为阳极控制的电化学过程, N i -P 镀层的自腐蚀电位负移.
(3) S 2-浓度在110%～215%的范围内, 随着S 浓度的增加, 45碳钢、1Cr18N i9Ti 、304不锈钢和N i -P 合金镀层的腐蚀速率均增加, S 主要影响腐
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出的腐蚀速率结果中N i -P 镀层比304和1Cr18N i9Ti 不锈钢小1个数量级, 这是由于温度升
高时, 腐蚀速度加快, 失重法测试时间长达240h, 镀层的微孔开始腐蚀, 从而引起基体的腐蚀, 而电化学法是暂态测试方法, 测试时间仅几分钟, 还未造成镀层微孔腐蚀的形成. 从图3c 、3d 的自腐蚀电位曲线知, 温度升高后4种材料的自腐蚀电位均下降, 这造成了腐蚀的推动力加大, 引起腐蚀速度增加.
蚀的阳极过程, 对阴极过程影响较小.
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4结论
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CO RRO S I O N BEHAV I O R O F D I FFERENT M I I N SUL FUR -BEAR I I O N
li, (School of M X i U niversity of Technology, X i ’an 710048)
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Abstract:on of carbon steel, 1Cr18N i9Ti, 304stainless steel, and N i -P all oy coatings in sulfur -studied by potenti ostatic polarizati on method and gravi m etric method . The results showed that at l ower te mperatures, the effect of sulfur concentrati on on cathode polarizati on and anodic polarizati on of f our kinds of materials is weak . The polarizati on curves of 1Cr18N i9Ti and 304stainless steel are si m ilar, their polarizati ons both are typ ical electr oche m ical corr osi on course, and their self -corr osi on potential and self -corr o 2si on current are si m ilar t oo . Passivati on appears in N i -P all oy coatings, and diffusi on contr olled by anode appears in 45carbon steel . A s the te mperature increases, the corr osi on rate increases, and the polarizati on rates of 1Cr18N i9Ti and 304stainless steel rise, whereas the passivati on of N i -P all oy coatings weakens . 1Cr18N i9Ti, 304stainless steel and N i -P all oy coatings are corr osi on resistance materials in sulfur -bearing s oluti on . Key words:45carbon steel, 1Cr18N i9Ti, 304stainless steel, N i -P all oy coating, sulfur corr osi on
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