,34 北京科技大学学报 第33卷 于其他腐蚀环境).在原油舱蒸汽空间内，内部气 一种为普通碳素钢Q345B文中编号为钢A,其Cu 体包括02(<总体积的%)，以及来自原油的 和N的质量分数均小于0.005%；另外两种为N和 H20、C02、S02和H2S等气体.在蒸汽空间内的H2S C山含量不同的两种低合金钢，文中编号分别为钢B 具有较高的体积分数，在满载状态下，H2S的最大体 和钢C钢B中N的质量分数为0.3%，Cu的质量 积分数甚至超过0.2%[.由于H2S具有还原性， 分数为0.4%；钢C中Ni和Cu的质量分数均为 O2和H2S共存的情况非常少见，目前，国内外开展 0.8%,钢C的N和Cu含量均高于钢B 了油轮舱湿气环境中低合金钢腐蚀性能和行为的研 图1为自制的油轮舱湿气腐蚀模拟装置的示意 究工作) 图，其中反应容器内溶液为去离子水，模拟气体的成 本文利用自制的原油舱湿气腐蚀模拟实验装 分（体积分数）为13%C02-5%02-0.3%H2S 置，研究了三种成分的低合金钢在模拟原油舱湿气 0.01%S02其余N2,实验用气体装在气瓶中，通过 C02一02-H2S-S02环境中的腐蚀行为，比较并分 流量计控制气体流量后进入反应容器。钢试样尺寸 析了合金元素对油轮钢湿气腐蚀性能的影响，明确 为50mm×25mm×5mm,试样逐级打磨至600砂 油轮钢在油轮舱湿气环境下的腐蚀机理. 纸，经水冲洗、丙酮除油后，冷风吹干，利用精度为 0.1mg的电子分析天平对试样进行称重.然后，将 1 实验材料及方法 试样装入聚丙烯夹具中，并将夹具固定在腐蚀模拟 模拟实验采用不同化学成分的三种低合金钢： 装置的上盖板上，见图1 出气 进气I1 璨丙烯封盖 外部控温室 出气管 试样内部 进气管 试样 去离子水容器 (36℃) 0 (a) 图1油轮舱C0202H2SS02湿气腐蚀模拟实验装置示意图.(a)反应容器：(b)试样夹具 Fig 1 Schenatic diagnms ofCO2 02 H2S$02 wet gas cormsion smnulating equipment ofa cnude oil tank (a)raction chanber (b)specinen fi t虹e 实验前，先对实验用去离子水通入N2除氧10h 出钢的平均腐蚀速率. 以上，然后将去离子水倒入模拟装置中的容器内，再 对腐蚀后的试样进行腐蚀形态的宏观观察，并 向去离子水中通入N2,快速除氧2h去离子水液面 利用扫描电镜(SM)、能谱分析(EDS)和X射线衍 与试样表面距离为l80mm(模拟原油与原油舱顶部 射(XRD)分别分析微观腐蚀形态、腐蚀产物膜中元 甲板间的距离)，见图1(a)实验进行的前24h混 素种类和含量、腐蚀产物膜的成分组成 合气体通入量为100mL~mn,24h后调整流量至 2实验结果与分析 20mLmm.利用控制柜控制外部控制室的温度， 以模拟昼夜温差的变化，使得原油舱顶部甲板处在 2.1腐蚀速率 周期性温湿度交替变化的环境.每个实验周期分为 图2为油轮舱湿气模拟环境中三种钢的平均腐 两个阶段：第一阶段温度为50士1℃，时间为19士 蚀速率随时间的变化曲线.由图2可见：腐蚀14d 1k第二阶段温度为25士1℃，时间为3士1h过渡 以前，三种钢的腐蚀速率迅速增加；腐蚀14d后至 时间为1h两个阶段交替循环进行，实验时间分别 28d之间，钢的腐蚀速率呈现出波动变化.三种钢 为71421和28d每个时间的实验结束后，取出试 有相同的腐蚀速率随时间的变化趋势. 样，酸洗清除腐蚀产物膜后，再次由精度为0.1mg 由图2也可见：三种钢在油轮舱湿气环境中的 的电子分析天平对试样进行称量，根据失重法计算 腐蚀速率存在明显的差别，28d后钢A、钢B和钢C北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 于其他腐蚀环境 ［3］．在原油舱蒸汽空间内‚内部气 体包括 Ｏ2 （ ＜总体积的 5％ ）‚以及来自原油的 Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、ＳＯ2和 Ｈ2Ｓ等气体．在蒸汽空间内的 Ｈ2Ｓ 具有较高的体积分数‚在满载状态下‚Ｈ2Ｓ的最大体 积分数甚至超过 0∙2％ ［4］．由于 Ｈ2Ｓ具有还原性‚ Ｏ2和 Ｈ2Ｓ共存的情况非常少见．目前‚国内外开展 了油轮舱湿气环境中低合金钢腐蚀性能和行为的研 究工作 ［4--6］． 本文利用自制的原油舱湿气腐蚀模拟实验装 置‚研究了三种成分的低合金钢在模拟原油舱湿气 ＣＯ2 --Ｏ2 --Ｈ2Ｓ--ＳＯ2 环境中的腐蚀行为‚比较并分 析了合金元素对油轮钢湿气腐蚀性能的影响‚明确 油轮钢在油轮舱湿气环境下的腐蚀机理． 1 实验材料及方法 模拟实验采用不同化学成分的三种低合金钢： 一种为普通碳素钢 Ｑ345Ｂ‚文中编号为钢 Ａ‚其 Ｃｕ 和 Ｎｉ的质量分数均小于0∙005％；另外两种为 Ｎｉ和 Ｃｕ含量不同的两种低合金钢‚文中编号分别为钢 Ｂ 和钢 Ｃ．钢 Ｂ中 Ｎｉ的质量分数为 0∙3％‚Ｃｕ的质量 分数为 0∙4％；钢 Ｃ中 Ｎｉ和 Ｃｕ的质量分数均为 0∙8％‚钢 Ｃ的 Ｎｉ和 Ｃｕ含量均高于钢 Ｂ． 图 1为自制的油轮舱湿气腐蚀模拟装置的示意 图‚其中反应容器内溶液为去离子水‚模拟气体的成 分 （体积分数 ）为 13％ ＣＯ2--5％ Ｏ2--0∙3％ Ｈ2Ｓ-- 0∙01％ ＳＯ2其余 Ｎ2‚实验用气体装在气瓶中‚通过 流量计控制气体流量后进入反应容器．钢试样尺寸 为 50ｍｍ×25ｍｍ×5ｍｍ‚试样逐级打磨至 600 ＃砂 纸‚经水冲洗、丙酮除油后‚冷风吹干‚利用精度为 0∙1ｍｇ的电子分析天平对试样进行称重．然后‚将 试样装入聚丙烯夹具中‚并将夹具固定在腐蚀模拟 装置的上盖板上‚见图 1． 图 1 油轮舱 ＣＯ2--Ｏ2--Ｈ2Ｓ--ＳＯ2湿气腐蚀模拟实验装置示意图．（ａ） 反应容器；（ｂ） 试样夹具 Ｆｉｇ．1 ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓｏｆＣＯ2-Ｏ2-Ｈ2Ｓ-ＳＯ2ｗｅｔｇａｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆａｃｒｕｄｅｏｉｌｔａｎｋ：（ａ）ｒｅａｃｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒ；（ｂ）ｓｐｅｃｉｍｅｎｆｉｘ- ｔｕｒｅ 实验前‚先对实验用去离子水通入 Ｎ2除氧 10ｈ 以上‚然后将去离子水倒入模拟装置中的容器内‚再 向去离子水中通入 Ｎ2‚快速除氧 2ｈ．去离子水液面 与试样表面距离为 180ｍｍ（模拟原油与原油舱顶部 甲板间的距离 ）‚见图 1（ａ）．实验进行的前 24ｈ‚混 合气体通入量为 100ｍＬ·ｍｉｎ －1‚24ｈ后调整流量至 20ｍＬ·ｍｉｎ －1．利用控制柜控制外部控制室的温度‚ 以模拟昼夜温差的变化‚使得原油舱顶部甲板处在 周期性温湿度交替变化的环境．每个实验周期分为 两个阶段：第一阶段温度为 50±1℃‚时间为19± 1ｈ；第二阶段温度为 25±1℃‚时间为 3±1ｈ‚过渡 时间为 1ｈ．两个阶段交替循环进行‚实验时间分别 为7、14、21和28ｄ．每个时间的实验结束后‚取出试 样‚酸洗清除腐蚀产物膜后‚再次由精度为 0∙1ｍｇ 的电子分析天平对试样进行称量‚根据失重法计算 出钢的平均腐蚀速率． 对腐蚀后的试样进行腐蚀形态的宏观观察‚并 利用扫描电镜 （ＳＥＭ）、能谱分析 （ＥＤＳ）和 Ｘ射线衍 射 （ＸＲＤ）分别分析微观腐蚀形态、腐蚀产物膜中元 素种类和含量、腐蚀产物膜的成分组成． 2 实验结果与分析 2∙1 腐蚀速率 图 2为油轮舱湿气模拟环境中三种钢的平均腐 蚀速率随时间的变化曲线．由图 2可见：腐蚀 14ｄ 以前‚三种钢的腐蚀速率迅速增加；腐蚀 14ｄ后至 28ｄ之间‚钢的腐蚀速率呈现出波动变化．三种钢 有相同的腐蚀速率随时间的变化趋势． 由图 2也可见：三种钢在油轮舱湿气环境中的 腐蚀速率存在明显的差别‚28ｄ后钢 Ａ、钢 Ｂ和钢 Ｃ ·34·