石油鉆采平臺用Q390E卷板耐低溫鋼和Q390E薄板熱軋鋼開發(fā)

Q390E卷板鋼具有優(yōu)良的力學(xué)和機械性能（如高硬度、高疲勞強度和斷裂韌性等），是制造中高壓石油  化工容器、高壓鍋爐汽包等特種設(shè)備的理想材料。然而，Q390E卷板鋼的耐蝕性較差，遭受腐蝕會嚴重降低其力學(xué)和機械性能，從而縮短特種設(shè)備的使用壽 命。為了減緩Q390E卷板鋼腐蝕，可以采用電鍍、噴涂、磷化等工藝手段。其中，磷化具有成本低廉、工 藝簡單且成熟可靠、能快速成膜等優(yōu)點，已成為鋼鐵 材料防腐蝕中占有重要地位的工藝手段。

在諸多磷化工藝中，錳系磷化工藝的防腐蝕效果較好。鑒于特種設(shè)備對于鋼鐵材料的耐蝕性有較高的要求，為了獲得更好的防腐蝕效果，筆者采用錳系磷化工藝對特種設(shè)備用Q390E卷板鋼進行防腐蝕處理，將不同濃度的 PTFE 乳液分別加入磷化液中，在Q390E卷板鋼表面制備了錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜。本文進行這方面的研究可以豐富Q390E卷板鋼錳系磷化處理的相關(guān)理論，同時為減緩Q390E 腐蝕提供參考。

實 驗

材料與試劑

Q390E卷板鋼 的 成 分 如 下 ：Mn 1.0~1.6 % 、 Ti 0.02~0.20 %、C 0.2 %、Si 0.55 %、Cr 0.3 %、Ni 0.7 %、

P 0.025 %、S 0.025 %、Al 0.015 %，余量為Fe。 試樣尺寸為30 mm×13 mm×2 mm。

主要試劑：鹽酸、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水、硝酸錳、磷酸二氫錳、等，均為分析純。

錳系磷化處理

Q390E卷板鋼錳系磷化處理的過程如下：

試樣預(yù)處理。首先用800#砂紙粗磨，去除試樣表面的氧化皮和雜質(zhì)。再用1500#砂紙細磨，使表  面趨于平滑。打磨后的試樣采用氫氧化鈉和碳酸鈉 的混合溶液除油，再浸入無水中超聲波清洗。接著用體積分數(shù)為 5 %的稀鹽酸溶液酸洗，再次水洗后，迅速吹干待用。

磷化液配制。以去離子水作溶劑，硝酸錳、磷酸二氫錳、等做溶質(zhì)配制 500 mL 磷化液，

具體成分為：硝酸錳 20 g/L、磷酸二氫錳 36 g/L、1 g/L。將不同濃度的 PTFE 乳液（0 、5 、20 、35 mL/L）緩慢倒入配好的磷化液中并攪拌均勻，乳液中PTFE 顆粒所占比例約為50 %。

磷化工藝參數(shù)設(shè)定。水浴加熱使磷化液受熱均勻，溫度維持在（86±0.5）℃ ，磷化時間設(shè)定 20 min。為了保證磷化液中的PTFE 顆粒呈較均勻分散狀態(tài)，在試驗過程中不斷攪拌磷化液，攪拌速度為150 r/min。

當(dāng)磷化液中無PTFE 乳液時，在試樣表面制備的磷化膜稱為錳系磷化膜（以下簡稱MF）。而當(dāng)磷化液中PTFE 乳液濃度分別為 5、20、35 mL/L 時，在試樣表面制備的磷化膜都稱為錳系復(fù)合磷化膜，以下簡稱MCF1、MCF2、MCF3。

表征與測試

以質(zhì)量分數(shù)為3.5 %的氯化鈉溶液作腐蝕介質(zhì)， 采用CHI660E 型電化學(xué)工作站分別測試Q390E卷板鋼、錳系磷化膜、三種錳系復(fù)合磷化膜的電化學(xué)阻抗 譜。以鉑片為輔助電極，待測試樣為工作電極，飽和 甘電極為參比電極，交流正弦波振幅為10 mV。

參照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》，在 TST-E808 型鹽霧箱中進行鹽霧試驗。將質(zhì)量分數(shù)為5 %的氯化鈉溶液通過噴霧裝置均勻地沉降在待測試樣表面。48 h 后取出樣品，采用SU8010 型掃描電鏡分別表征Q390E卷板鋼、錳系磷化膜、三種錳系復(fù)合磷化膜鹽霧試驗前后的表面形貌。

結(jié)果與分析

電化學(xué)阻抗譜結(jié)果

圖 1 為Q390E卷板鋼、錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜的電化學(xué)阻抗譜。圖1 中顯示Q390E卷板鋼的阻抗譜半徑小，錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜的阻抗譜半徑不同程度增大，表明錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜對電解質(zhì)離子擴散都具有較強的阻礙作用，能抑制Q390E卷板鋼腐蝕。

圖 2 為Q390E卷板鋼、錳系磷化膜及三種錳系復(fù)合磷化膜在腐蝕介質(zhì)中的等效電路。其中，Q390E卷板鋼

的等效電路由溶液電阻Rs、雙電層電容Qdl 和電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct 構(gòu)成，見圖2（a）。錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜的等效電路則由溶液電阻 Rs、雙電層電容 Qdl、膜層電阻 Rf、膜層電容 Qf 和電荷轉(zhuǎn)移電阻 Rct 構(gòu)成，見圖2（b）。采用電化學(xué)工作站配套的軟件對 電化學(xué)阻抗譜進行擬合，得到的數(shù)據(jù)列于表 1 中。

s

由表 1 可知，錳系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜的Rct 值和Rs 值相比于Q390E卷板鋼都增大。研究發(fā)現(xiàn)，磷化膜的Rct 值越大，意味著磷化膜與基體間的電荷轉(zhuǎn)移速率越低，其耐蝕性能往往越好。R 值越大，意味著磷化膜對腐蝕介質(zhì)擴散具有較強的阻礙，同 樣可以說明磷化膜的耐蝕性能較好。由此可知，錳 系磷化膜和三種錳系復(fù)合磷化膜都能較好的保護Q390E卷板鋼起到防腐蝕作用。

高強卷板   Q390E   9.75    1250    129.49 噸   安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   7.75    1500    29.38 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   7.75    1250    59.86 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   7.5 1500    23.41 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   5.75    1500    20.48 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   5.75    1250    21.29 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   5   1500    58.02 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   4.75    1250    43.27 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   3.75    1500    28.86 噸    安陽    安鋼

高強卷板   Q390E   3   1500    58.04 噸    安陽    安鋼