1前言 鋼管表面均勻......



1　前言
鋼管表面均勻地涂上一層搪瓷，將大大提高耐腐蝕性能，延長使用壽命。但長距離油氣管線需要將許多管線焊接起來。經過焊接以后，

接頭部位的噴瓷層將受到破壞。而且由于噴瓷過程中需采用氮氣保護，氮氣會與焊條、搪瓷和母材一起參與熱化學反應，這樣，不僅使接頭成

為管線耐腐蝕最薄弱的環節，而且由于氮的介入，導致力學性能的下降。有關搪瓷與母材間的結合情況，涂層形貌受熱循環影響的變化情況，

已在本文的第一部分作了介紹。這里對涂層與基體形成的相及其形態，進行了分析，并提出解決這一問題的措施。
2　實驗材料與樣品制備
母材為φ158mm×6mm的Q235鋼管，鋼管端面開坡口，坡口角為60°。在氮氣保護下將管高頻加熱到700～900℃，在內外表面上噴以搪瓷釉

料粉末。高溫下粉末融化，在鋼管表面形成搪瓷層。釉料主要由Al2O3、SiO2 、MoO3、Na2O、B2O3及添加劑組成。
采用對接接頭，將噴好搪瓷的兩段管線對焊起來。用直流焊機，反極性接法。焊條為E4303×φ3.2，電流強度為110A，焊速約80mm/s。
從焊接前的管線上，以及焊后的熔合線、熱影響區附近，用鋼鋸將瓷層及基體一起鋸下，以便取TEM試樣。因為搪瓷很脆，且容易從基體

脫落，取樣要非常小心。相比之下，熱影響區外附近脫瓷最嚴重，未經焊接的管線次之，熱影響區脫瓷最少。將鋸好的試樣用細砂紙輕輕打磨

搪瓷表面，直到露出部分基體，再用線切割沿基體切出另一面，機械減薄后進行離子減薄。離子轟擊方向幾乎與搪瓷表面平行。將制好的樣品

在H-800型TEM下進行觀察。
3　試驗結果與分析
圖1、2是管線焊接前搪瓷層和母材的TEM照片，圖3、4是管線焊接以后熱影響區搪瓷層和母材交界處的TEM照片。
管線焊接以前，瓷層為非晶態。其衍射斑呈規則的環狀（圖1）。這種狀態的搪瓷具有極強的耐腐蝕性能。但由于噴瓷過程是在高溫下進

行的，用作保護氣體的氮能夠滲入鐵素體中，造成母材局部晶格畸變，位錯運動在這里受阻，如圖2a所示。圖2b，c表示的是滲入氮以后晶格

發生畸變的α-Fe［100］晶帶。這一方面可能會降低材料的韌性，另一方面，由于搪瓷性脆，采用噴涂方式本身又容易產生搪瓷釉料粉末熔化

不完全，或產生氣孔等涂層缺陷，搪瓷容易從這些缺陷處脫落，而氮的滲入主要發生在瓷層與母材的交界面上，在這里形成微觀內應力。微觀

內應力的存在，進一步增加了瓷層脫落的可能性。
噴瓷管線焊后接頭附近搪瓷的變化區域可分為三部分。
第一是焊縫區。涂層在這里被燒毀，涂層的耐腐蝕性能已不復存在。

圖 1　焊接前搪瓷層的TEM照片（散射環）
Fig.1　TEM（Scattering Ring） of enamel coating before welded

圖 2　焊接前氮滲入母材的TEM照　（a） TEM照片×30；（b）衍射斑；（c）標定圖
Fig. 2　Nitrogen infiltrating in ferrite before welded
第二是熱影響區及其附近。經過熱循環以后，瓷層得以重熔，原先存在的一些缺陷，如氣孔、未熔化的搪瓷粉末及內應力等多已消失，涂

層與基體的結合較焊接前要好，因此脫瓷程度較輕。但非晶態不穩定，經過焊接熱循環以后，熱影響區及其附近的涂層會轉變為晶態。圖3a，
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4a所示的亞結構其主要成分分別為鋁和硅，可標定出分別為Al2O3和SiO2晶體。圖3b，c為Al2O3的［116］晶帶，圖4b，c為SiO2的［110］晶帶
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。晶態的Al2O3、SiO2是從非晶態的涂層晶化后轉化來的。盡管這些部位的瓷層從外觀來看保持了原來的形態，并且與母材有著良好的結合，

但實質上已經發生了本質的變化。由非晶態到晶態，耐腐蝕性能大為降低。

焊接后HAZ形成的Al2O3晶體　（a） TEM照片×50；（b）衍射斑；（c）標定圖
Fig. 3　Crystal of Al2O3 formed in HAZ after welded
焊接后HAZ形成的晶體SiO2　（a） TEM照片×50；（b）衍射斑；（c）標定圖
Fig. 4　Crystal of SiO2 formed in HAZ after welded
第三是離熱影響區稍遠的區域，經過焊接熱循環以后，雖然瓷層仍保持非晶態，衍射斑同焊接前一樣，但由于沒有發生重熔，原先的缺陷

并未消失，相反，在熱應力和滲氮所致的內應力作用下，裂紋大量增多，脫瓷嚴重，導致耐蝕性降低。
4　結論
（1）焊接前涂層為非晶態，但在噴瓷過程中有部分氮滲入鐵素體中，使材料脆性增加并降低瓷層與母材的結合強度。
(2）焊接后熱影響區內涂層晶化，形成Al2O3、SiO2晶體，將導致耐蝕性降低。
5　建議
（1） 由于氮在高溫下會滲入母材，因此建議采用惰性氣體保護噴瓷過程。
（2）由于焊接后熱影響區內涂層晶化，氮與母材也會發生反應，因此建議在接頭附近采用管線接頭焊接內補口技術，其覆蓋面要包括離

熱影響區稍遠、脫瓷嚴重的區域。