1、D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 0 9柠檬酸钝化9 C r 1 M o钢在海洋大气环境中的耐蚀性程文佳1,闫翔林2,周 欢1,满宗通1,靳浩楠1,孙建波2(1.中海油田服务股份有限公司天津分公司,天津 3 0 0 4 5 1;2.中国石油大学(华东)材料科学与工程学院,青岛 2 6 6 5 8 0)摘 要:为了提高9 C r 1 M o钢在海洋大气环境中的耐蚀性,采用柠檬酸和柠檬酸-氢氧化物复合钝化工艺对9 C r 1 M o钢进行表面钝化处理,研究了两种钝化处理对其耐蚀性的影响,分析了柠檬酸钝化处理提升9 C r 1 M o钢耐海洋大气
2、腐蚀性能的原因。结果表明:未钝化处理的9 C r 1 M o钢在模拟和实际海洋大气环境中均发生严重腐蚀;两种钝化处理后9 C r 1 M o钢表面均形成了保护性钝化膜,确保9 C r 1M o钢在海洋大气环境中腐蚀7 8 d内不发生明显腐蚀,显著提高了9 C r 1M o钢耐海洋大气腐蚀性能;采用柠檬酸和柠檬酸-氢氧化物复合钝化工艺可以提高钝化膜中C r2O3、C r(OH)3含量,且氧化物含量显著高于氢氧化物,钝化膜的稳定性和耐蚀性增强。关键词:9 C r 1M o钢;钝化处理;钝化膜;耐蚀性;盐雾;海洋大气腐蚀中图分类号:T G 1 7 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4
3、 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 5 4-0 9C o r r o s i o n R e s i s t a n c e o f 9 C r 1 M o S t e e l w i t h C i t r i c A c i d P a s s i v a t i o n i n M a r i n e A t m o s p h e r e E n v i r o n m e n tCHE NG W e n j i a1,YAN X i a n g l i n2,Z HOU H u a n1,MAN Z o n g t o n g1,J I N H a o n a n1,S UN
4、J i a n b o2(1.C h i n a O i l f i e l d S e r v i c e s L i m i t e d,T i a n j i n 3 0 0 4 5 1,C h i n a;2.S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g i n C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m(E a s t C h i n a),Q i n g d a o 2 6 6 5 8 0,C h i n a)A b
5、s t r a c t:I n o r d e r t o i m p r o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f 9 C r 1 M o s t e e l i n m a r i n e a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t,t h e c i t r i c a c i d p a s s i v a t i o n a n d c i t r i c a c i d-h y d r o x i d e c o m p o s i t e p a s s i v a t
6、i o n w e r e s e l e c t e d t o p a s s i v a t e t h e 9 C r 1M o s t e e l.T h e i r e f f e c t s o n t h e c o r r o s i o n p e r f o r m a n c e o f 9 C r 1 M o s t e e l w e r e i n v e s t i g a t e d,a n d t h e r e a s o n s f o r t h e e n h a n c e d c o r r o s i o n r e s i s t a n c
7、 e o f 9 C r 1M o s t e e l t r e a t e d b y c i t r i c a c i d p a s s i v a t i o n t r e a t m e n t s w e r e a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e 9 C r 1 M o s t e e l w i t h o u t p a s s i v a t i o n t r e a t m e n t u n d e r w e n t s e r i o u s c o r r o s i
8、o n i n b o t h s i m u l a t e d a n d r e a l m a r i n e a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t s.T h e p r o t e c t i v e p a s s i v e f i l m w a s a b l e t o b e f o r m e d o n t h e s u r f a c e o f 9 C r 1 M o s t e e l b y t w o k i n d s o f p a s s i v a t i o n t r e a t m e n
9、t s,w h i c h e n s u r e d t h a t t h e p a s s i v a t e d 9 C r 1 M o s t e e l d i d n o t b e c o r r o d e d w i t h i n 7 8 d a y s i n t h e r e a l m a r i n e a t m o s p h e r e.T h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f 9 C r 1 M o s t e e l i n m a r i n e a t m o s p h e r i c w
10、a s r e m a r k a b l y e n h a n c e d b y p a s s i v a t i o n t r e a t m e n t s.C i t r i c a c i d a n d c i t r i c a c i d-h y d r o x i d e c o m p o s i t e p a s s i v a t i o n p r o c e s s c o u l d i n c r e a s e t h e c o n t e n t o f C r2O3,C r(OH)3 a n d o x i d e s i n p a s s
11、i v a t i o n f i l m,a n d t h o s e c o n t e n t w a s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f h y d r o x i d e,t h e r e b y i m p r o v i n g t h e s t a b i l i t y a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e p a s s i v e f i l m.K e y w o r d s:9 C r 1 M o s t e
12、e l;p a s s i v a t i o n t r e a t m e n t;p a s s i v e f i l m;c o r r o s i o n r e s i s t a n c e;s a l t s p r a y;m a r i n e a t m o s p h e r i c c o r r o s i o n 在海洋油气工业中,9 C r 1 M o钢是生产完井工具的常用材料之一1。相比海洋油田完井工具中不锈钢或耐蚀合金部件,9 C r 1 M o钢的耐蚀性相对较差。在海洋大气环境(如海洋平台、近海存储仓库收稿日期:2 0 2 2-0 6-0 2基金项目:中
13、国海油石油集团有限公司-关键技术攻关项目(C N 0 0 C-K J G J HX J S G G Y F 2 0 2 0-0 1)通信作者:孙建波(1 9 7 5-),教授,博士,主要从事材料腐蚀与防护研究工作,1 8 5 6 1 3 1 8 7 5 9,s u n j i a n b o u p c.e d u.c n等)中,9 C r 1 M o钢表面容易生锈,不仅影响完井工具的外观,还会降低其井下使用性能2-5。因此,需要对该钢表面进行适当的腐蚀防护处理,以提高其耐海洋大气腐蚀性能。在众多金属表面处理技术中,钝化处理不会对金属表面及力学性能造成损伤,故被广泛应用于不锈钢的表面处理,以提
14、高不锈钢的耐蚀性6-9。相比C r含量大于1 2%的不锈钢,9 C r 1 M o钢中C r含量相对较低(约为9%),其耐蚀性和可钝化性不如不锈钢。但是,相关研究表明,9 C r钢在硝酸溶液中可45第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2以发生钝化,在其表面形成保护性氧化膜,从而提高9 C r钢的耐蚀性1 0-1 1。有学者使用亚硝酸钠溶液在碱性环境中对T 9 1钢(含9%C r)进行了钝化处理1 2,研究发现钝化处理后的T 9
15、1钢表面形成了稳定的钝化膜,提高了其在含C l-介质中的耐点蚀性能。类似地,B HA R A S I等1 3的研究也表明,在含氢氧化钠的碱性溶液中,9 C r 1 M o钢存在明显的钝化现象1 3,这意味着适用于不锈钢的酸性或碱性钝化工艺可能也适用于9 C r 1 M o钢的表面钝化处理。目前,各类不锈钢的表面钝化处理中应用最为广泛是以硝酸为代表的无机钝化和以柠檬酸为代表的有机钝化1 4。与不锈钢相比,9 C r 1 M o钢的耐蚀性较差,具有较强氧化性的硝酸型钝化液很可能会对9 C r 1 M o钢表面造成损伤,而且在其使用过程中可能带来健康和环保问题1 4-1 5。相比之下,柠檬酸型钝化液
16、比较温和,不仅可以确保优良的钝化效果,还具有良好的环保性1 6。对9 C r 1 M o钢而言,柠檬酸型钝化是一种较为合适的钝化方式。为了明确柠檬酸钝化处理对9 C r 1 M o钢的适用性,本工作采用不同柠檬酸钝化工艺对9 C r 1 M o钢进行了表面钝化处理。通过室内和户外试验相结合的方法,研究了柠檬酸钝化处理后9 C r 1 M o钢的耐海洋大气腐蚀性能,探明了不同柠檬酸钝化钢的耐蚀性能差异原因,以期为9 C r 1 M o钢的表面柠檬酸钝化处理应用提供理论依据和技术支撑。1 试验1.1 试验材料试验材料为9 C r 1 M o钢,其化学成分(质量分数)为:C 0.1 2%;S i 0.4 0%;M n 0.4 1%;P 0.0 1 3%;S 0.0 0 2%;M o 0.9 6%;C r 8.7 5%;N i 0.4 1%;C u 0.0 4%;F e余量。9 C r 1 M o钢的显微组织主要为回火马氏体和铁素体,如图1所示。采用线切割法加工试样,电化学测试试样尺寸为1 0 mm1 0 mm5 mm,中性盐雾和户外暴露试验试样尺寸均为6 0 mm4 0 mm3 mm。每组试