流速对20Mn2钢冲刷腐蚀的影响研究

摘 要：金属材料在水中受到水流的冲刷可能会加剧腐蚀，影响金属的使用寿命。实验用喷射式冲刷实验台研究流速对20Mn2钢冲刷行为的影响，采用失重法进行多组对比实验。结果表明，流速对20Mn2钢的冲刷腐蚀影响分为增重、增重逐渐转为失重和失重量急剧上升三个过程。

关键词：20Mn2钢 流速 失重法

中图分类号：TE988 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-094-02

冲刷腐蚀又称为磨损腐蚀，是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是机械性冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果。影响冲刷腐蚀的因素很多，主要的有水流的速度、水体中固体颗粒物、金属材料本身的性能、水温、pH值和水体的含氧量。针对长期处于水环境中的金属材料受到水体的冲刷可能会加剧腐蚀，并且由于影响因素较多并且相互交错，使得研究只能在一定的条件下进行。本文以20Mn2为研究对象，利用喷射式冲蚀实验装置，采用蒸馏水为介质，研究流体的不同流速对20Mn2钢冲蚀速率的影响，为油气田安全生产提供一定的参考价值。

20Mn2钢的化学成分和机械性能如表1、表2所示。20Mn2钢的冷变形时塑性高，低温性能良好，有一定的淬透性和较高的抗拉强度。

1 实验的材料和方法

将20Mn2钢加工成 15mmmm的圆柱体，在试样背面点焊引出铜导线，放入PVC管中并用环氧树脂+聚酰胺封涂试样的非工作表面，流体只冲刷暴露在外的工作面积，其面积大小为2.25-4m2。实验前将制备好的工作电极依次用360#、600#、800#、1000#和1200#五种不同型号的金相砂纸打磨，使工作电极表面光亮无较深痕迹，以避免工作电极表面状态不同引起的实验结果差异。然后用丙酮清洗试样工作表面，以洗掉加工时残留于表面的油污，再用无水乙醇除去试样表面的丙酮和水，放置一段时间让试样自然风干。用精度为0.1mg的电子秤称重并记录重量，实验后用丙酮清洗试样表面浮锈，称重记录实验数据后将试样保存于干燥箱中。实验时的流速范围为3.2～24.3m/s；每组时间120min，冲击角度为30５验介质昔馏耍

2 流速对20Mn2冲刷腐蚀的影响

3 实验结论

流速对冲刷的影响分为三个阶段：

（1）由于流速相对较小，实验结果表现为增重。这是由于流体的流速较低时，溶解于流体中的氧气在金属表面形成氧化膜，而低流速不会造成氧化膜的破损，反而使工作试样表现为增重，此时，腐蚀主要以电化学为主。

（2）当流速在12.3m/s～16.5m/s时，失重量逐渐由增重转变为失重状态，也就是随着流速的增大，原有的氧化膜出现剥落，同时传质作用增强，流体中携带的氧气又与暴露出来的金属表面形成了新的氧化膜，新生成的氧化膜又进一步阻止了冲刷腐蚀，这是氧化膜的剥落与再生成同时发生、电化学与冲刷共同控制的过程。

（3）当流速高于16.5m/s时，失重量急剧增加。此时，高流速会将原有的氧化膜剥落，而新的的氧化膜还来不及形成便被高速流体冲刷剥落，这个过程主要以机械冲刷作用为主。总体来看，对于20Mn2钢，其流速从低到高的过程中，它的冲刷腐蚀从电化学为主转变为机械冲刷为主。

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