API 5L管线钢管的耐腐蚀性能涂层保护

抽象

该腐蚀enamel-的电阻涂覆的钢管在3.5重量％的NaCl溶液进行评价，并与那些环氧涂层管子的使用开路电位，线性宝larization电阻和电化学阻抗spectros-拷贝测试。T-001C搪瓷浆料和GP2118搪瓷粉末分别喷射到钢管在湿和静电过程，。相组成和两个瓷漆的微结构并利用X射线衍射和扫描电子显微镜（SEM）。搪瓷和钢基材的粘结强度的表面粗糙度分别为孔定量音响编理解涂覆质量。SEM图像显示，这两种类型的搪瓷涂层具有分离气泡的固体结构。电化学测试显示釉质涂料的高耐腐蚀性VERI网络连接在上试验样品目视检查编特别地，GP2118搪瓷涂覆的样品始终优于环氧涂覆的样品。

关键词：腐蚀，电化学阻抗谱，搪瓷涂层，管线钢，扫描电子显微镜

介绍

天然气，油和有害液体传输和收集管道均达到U.S.1老化管道都面临着降低484000英里
使用寿命和可靠性的腐蚀的结果。他们可以通过保护涂层，阴极保护和使用腐蚀抑制剂来防止腐蚀。涂层作为物理屏障电解质penetra-和灰是在缓解腐蚀的最有效和英法fi cient方法之一。
当内部施加到钢管道，coat- ING具有若干优点。首先，内部涂层可以防止FL uid或气体从相互作用，并与底层的钢反应。其次，涂覆的钢管减少微生物沉降和细菌生物膜forma-蒸发散因为未涂覆管的较高的表面粗糙度有助于屏蔽细菌和提供用于细菌colonies.2第三和最后，生长条件的
内涂层可以减少压降需要发送的石油和天然气管道，因此功率的长的距离。在有涂层的管子的压力降被实验证明是35％比裸钢管在较低的雷诺数
1×107.3
今天，两部分组成的溶剂环氧涂料，无溶剂和熔融粘合涂层和聚酰胺涂料广泛用于原油和天然气pipelines.4-6这些涂层弱具有结合
他们的钢基材，因此容易发生欠音响流明corrosion.7
搪瓷，作为无机材料，被化学在750℃的温度下粘接到基底金属到~850℃。它不仅可以连接nished具有平滑和美观的表面，而且还提供各种恶劣environments.8不像EX- cellent化学稳定性，耐腐蚀性好，耐久性

环氧涂料，搪瓷涂层具有当在本地突破，因为它与金属substrates.9化学键它已被广泛地用于家庭烹饪中行业用具保护或钢制容器的保护没有欠音响流明腐蚀。其腐蚀重新sistance作为用于混凝土结构钢筋的保护涂层已在预vious研究进行了研究，证明是令人满意general.10-11

在这项研究中，钢管的腐蚀行为内部涂有两种类型的搪瓷的（T-001浆液，GP2118粉末）在3.5重量％的NaCl溶液进行研究。相组成和搪瓷的微观结构进行了表征X射线衍射
（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表示。搪瓷涂层的表面粗糙度和其粘结强度超过钢管基板进行了测定。的电化学行为进行了研究与开路电位（OCP），线性极性 - 化电阻（LPR）和电化学阻抗的天谱（EIS）的测试。视觉检查是对测试样品进行了耐腐蚀的任何迹象明显。搪瓷涂层钢板的耐腐蚀性与环氧基涂覆的钢片的比较。

实验步骤

上釉和标本

一个API 5L X65钢管（MRC全球）与323.85毫米外径和9.53毫米壁厚被用作在本研究基底金属。由供应商提供的钢的化学组成在表1中给出的钢管是第一个切成1825毫米×50mm的试样片。切割样品然后钢喷砂1分钟摆脱氧化皮和锈的，和网络与应受清洗
可商购的清洁溶剂。
两种类型的搪瓷被施加在钢试样：T-001浆液，GP2118粉末。T-001的玻璃料和GP2118搪瓷粉末的化学组合物通过x射线FL uorescence（XRF）测定如表2中呈现的搪瓷浆料的制备是通过第一个研磨玻璃料，粘土，和某些电解质，然后将它们混合与水直到混合物是在一个稳定的悬浮状态。搪瓷浆料手工喷雾在用喷枪，其为10分钟由压缩空气提供动力，如表3的试样在150℃下加热SPECI音响ED的射流以驱除水分优惠券标本，音响红在815℃下为10分钟，和FI应受冷却至室温。于静电喷涂，使用具有32.8微米的平均粒径的GP2118搪瓷粉末。物的喷嘴电极和样品之间形成的电连接的场。搪瓷颗粒，推进了喷枪的通过空气流，成为带负电荷的，朝向样本（正极）迁移并去假定。功率喷洒后，将钢样片移入炉中，并在网络843℃红10分钟，然后移出，并冷却至室温。在T-001涂层的厚度是由喷雾时间控制，而GP2118涂层的厚度通过喷枪的数目来控制。 For comparison, epoxy-coated steel samples were pre- pared and tested. In this case, 3M Scotchkote 323† epoxy, which was applied in pipeline industry, was used to coat the samples. Steel coupons were coated by brushing epoxy at room temperature and then dried in air for 3 d prior to electrochemical tests.

搪瓷涂层的表征

涂层厚度和粗糙度用一个分别涂层测厚仪MINITEST 6008†和光学显微镜浩视†，测量。

使用PosiTest†以下ASTM D4541-09.12为了提高其与涂层结合确定了涂层和其基体钢之间的粘合强度，其直径在小车底座20毫米的粗化用砂纸，并用酒精清洗，以除去氧化和污染物。的台车的碱用胶水到测试涂层表面的均匀层粘接。固化24小时后，使用20毫米切削工具，以便台车隔离在一个特定的C测试区域除去各处小车的涂层。小车被音响应受以0.4MPa的应力速率拉离样品表面垂直/秒。各涂布的样品的最大强度被记录下来。
在腐蚀试验完成后，在涂层中的相涂覆钢样品与10°和55°之间变化，衍射角（2θ）的表面通过XRD（菲利普的X'Pert†）上直接检查。该搪瓷涂层样品的横切片进行用于与SEM（日立S4700†）显微分析来制备。每个搪瓷涂覆样品安装在环氧树脂（EpoxyMount†，联合高科技产品，Inc。）和切割第一个冷成使用金刚石锯10毫米厚的横截面。然后，该横截面与碳化物纸研磨至1200砂砾，用去离子水冲洗，和FI应受在空气中在室温下检查之前被干燥。SEM照片ImageJ的†软件孔隙度评价进行了分析。

电化学性能测试

每个样品用的电化学测定的铜线焊接如示于图1，除了enamel-或环氧涂布面样品的所有面上覆盖海洋环氧树脂。

暴露的釉质或环氧面积为30mm×20mm的大小。
所有样品都浸在具有7 pH值3.5重量％的NaCl溶液，并在室温tempera- TURE测试69 d。该溶液通过加入普瑞音响ED氯化钠（费舍尔科学的C，公司）的蒸馏水来制备。

在时间1，3，6，13，27，41，55，和69 d，进行OCP，LPR和EIS测试，以监视enamel-和环氧基涂覆的钢片的样品的腐蚀发展。使用标准的三电极系统，用于电化学测试，包括一个25.4毫米×25.4毫米×0.254毫米铂片作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极，和涂覆的样品作为工作电极。所有这三种电极连接到一个Gamry 1000E电位/恒电流†进行数据采集。

每个稳定OCP（持续1个小时）被记录之后，EIS测试用在振幅为10mV的正弦电势波周围的OCP和100kHz的至5MHz的频率进行。所述LPR试验是通过在0.167毫伏的扫描速率扫描范围为±15毫伏的周围的OCP进行/秒。所述LPR曲线用来确定极化电阻Rp，其等于一个极化曲线的线性区域的周围零电流的斜率：13

RP =ΔE=Δ1

其中ΔE和Δ1表示的电压和电流的增量，分别在一个极化曲线的线性部分在I = 0。LPR测量用于由斯特恩 - 基尔式计算腐蚀电流密度：13

icorr =βaβc=½2.303ðβa + βcÞRp (2)

其中βA和βC代表阳极塔菲尔常数（0.12）和阴极塔菲尔常数（0.12），分别和ICORR是腐蚀电流。

结果和讨论
涂层特性
在搪瓷阶段 - XRD图案GP2118和T-001搪瓷涂覆的样品在69 d 3.5重量％的NaCl溶液中浸泡后的表面上是identi音响ED和在图2中石英的SiO 2显示存在于这两种类型的搪瓷涂层。石英SiO 2的最高强度的峰分别在26℃和26.5℃下GP2118和T-001瓷漆，。

微观结构在搪瓷/衬底界面 - 在钢/横截面SEM图像涂覆具有不同放大倍数音响阳离子界面显示在图3给出的搪瓷涂层具有与断开空气固体结构气泡穿过涂层厚度（图3 [A1]和[B1]）。气泡的高温化学过程中形成的

具有f环中钢中的搪瓷玻璃料的反应process.14-15搪瓷涂层具有许多
分离小的孔与所述例外GP2118搪瓷其具有直径大约为105微米的一些大孔。T-001搪瓷的孔隙含量经测定为4.26％，这是对于GP2118搪瓷低于12.72％。图3（a2）和（b2）中示出了放大倍数音响ED搪瓷/钢界面处小的Fe突起生长到搪瓷涂层以形成各种锚点。这些外延颗粒尖晶石改善牙釉质和其钢substrate.16之间的接合

拉脱强度 - 测量的厚度，表面粗糙度，和三个类型的涂层的粘结强度总结在表4中平均各涂层的厚度和表面粗糙度的标准偏差是从计算
27次测量从该抛光以具有在表面的拉脱试验中的FL三个不同的样品采取。的平均值和中的每个涂层的粘结强度的标准偏差是从进行的三个上拉断测试计算。从表4可以看出，环氧涂料是最厚的（396微米）和T-001搪瓷是最薄的（230微米）。该

三个涂层的粗糙度为1μm左右，表明在所有标本光滑的表面。

在拉脱试验完成时，小车和基板断裂面示于图4中拉脱结合测试，四种可能的失效模式包括：在涂层和其钢基材，（2（1）之间的粘附断裂涂层内）凝聚破，（3）胶破，和（4）混合断裂或上述断裂在多个locations.17一个杂木国家

搪瓷涂层具有混合故障模式IN- volving涂层（内聚破）内的断裂和在胶用于粘结小车到试样断裂。环氧树脂涂层还具有一个混合故障模式涉及涂层（内聚破）内的突破，涂层和基底钢（粘合剂断裂），以及胶破之间休息。有搪瓷涂层没有粘合剂符，因为该接口上的锚定点增加搪瓷涂层和其基体钢之间的结合如图3具体来说，GP2118搪瓷涂层具有兆帕17.89平均值最高的粘合强度，环氧涂料具有8.01兆帕的最低粘接强度，和T-001搪瓷涂层具有16.85兆帕的粘结强度。

图5（a）和（b）分别表示放大倍数音响编断裂表面形貌，如图4所示的（a2）和（b2）中，。当小车在直角拉离涂敷试样，裂纹引发和传播跨越大气泡内的coaT- ING下不断增加的负载。图6（a）和（b）显示SEM图像的横截面的测试SPE- cIMEnS在矩形区域中的图4（a2）和（b2）中，分别。断裂面的标本一般光滑以最小的保持涂层厚度大约为70μm
40μM对于GP2118和T-001瓷漆，分别。在比较图3，图6（a）和（b）表明，该断裂表面远离其对应的接合层在搪瓷/衬底界面和穿过最弱层连接大气泡在涂层中，因为粘附搪瓷钢表面化学强化与生长外延尖晶石颗粒在搪瓷过程中的化学反应在FI环ProcESS.16