2Cr13不銹鋼在機(jī)械沖刷過程中的圖像分析

崔澎濤+趙杰+杜丹陽

摘 要：該文以2Cr13不銹鋼為研究對(duì)象，在不同的流速?zèng)_刷條件下，獲得2Cr13不銹鋼的失重?cái)?shù)據(jù)，并通過三維圖像采集系統(tǒng)采集沖刷后表面形貌圖像，然后采用小波包變換程序進(jìn)行圖像分解，將所提取的能量值與失重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，沖刷后2Cr13不銹鋼表面圖像能量值的變化與失重變化呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，因此可以通過圖像特征值對(duì)腐蝕試樣進(jìn)行定性的判斷，從而進(jìn)一步推算出早期沖刷過程中的腐蝕程度。

關(guān)鍵詞：機(jī)械沖刷 流速 失重 圖像分析 腐蝕預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TK265 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（c）-0109-02

2Cr13不銹鋼是典型的電泵吸入口材料，潛油電泵的失效存在著各種各樣的原因。在實(shí)驗(yàn)室的模擬沖刷條件下，因?yàn)槟M條件和時(shí)間的局限性，并不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的模擬。而且，2Cr13不銹鋼并不像碳鋼一樣，在模擬早期失重速率以及表面形貌就呈現(xiàn)出較大的變化，因而可以引進(jìn)圖像分析技術(shù)研究不銹鋼在機(jī)械沖刷條件下腐蝕行為。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)材料為2Cr13不銹鋼，其成分見表1。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為液固兩相含砂水流。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為24 h，沖刷速度為4 m/s、8 m/s、12 m/s，沖擊角度為0°。試樣沖刷前后的重量采用電子天平（精度為0.000 1 g）稱量，試樣沖刷后采用VHX-2000型三維視頻顯微鏡采集圖像。根據(jù)文獻(xiàn)中的方法對(duì)圖像進(jìn)行分析[1]。將采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，按照固定分辨率為300 dpi，像素為1 400×1 000進(jìn)行統(tǒng)一裁剪后轉(zhuǎn)化為灰度圖，然后中值濾波以濾除表面形貌圖像的噪聲，最后利用小波包分解程序?qū)Ρ砻嫘蚊矆D像進(jìn)行分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 機(jī)失重速率與流速的關(guān)系

表2給出了機(jī)械沖刷失重速率隨流速變化的數(shù)據(jù)，其趨勢(shì)圖見圖1。從圖中可以看出，隨著流速的增加，2Cr13不銹鋼的失重速率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。這與文獻(xiàn)中所給出的粒子的沖擊速度與材料失重之間的規(guī)律[2，3]相反。究其原因，可能是因?yàn)樵跊_刷過程中，隨著流速的增大，氧含量增加，這使得2Cr13不銹鋼的表面產(chǎn)生了鈍化膜，減緩了材料的沖蝕失重。

2.2 圖像特征值與流速的關(guān)系

圖1中a、b、c分別為2Cr13不銹鋼在流速4 m/s、8 m/s、12 m/s下沖刷后的表面形貌圖像。圖2為經(jīng)過小波包分解后的不同流速下的2Cr13不銹鋼表面形貌能量值的分布圖，其具體數(shù)值見表3。從圖2可以看出，同失重速率一樣，能量值與流速呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。流速越大，表面形貌子圖像的能量值越低；流速越小，表面形貌子圖像的能量值越高。因此，可以根據(jù)能量值的變化來預(yù)測(cè)2Cr13不銹鋼的沖蝕程度。

此外，以HA2、VA2和AH2三個(gè)方向的子圖像的能量值和S值作特征值，計(jì)算結(jié)果見表4。將特征值S與失重速率V進(jìn)行擬合得到圖3。擬合關(guān)系式為：V=-0.130 46S2+0.155 64S

-0.040 2 R2=1

從圖3中可以看出，特征值S與失重速率V具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為1。

3 結(jié)論

（1）在沖刷過程中，隨著流速的增大，氧含量增加使得2Cr13不銹鋼的表面產(chǎn)生了鈍化膜，減緩了材料的沖蝕失重。

（2）流速與能量值負(fù)相關(guān)，流速越大，表面形貌子圖像的能量值越低；流速越小，表面形貌子圖像的能量值越高。

（3）經(jīng)擬合計(jì)算，特征值S與失重速率V具有較高的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓夏冰，高志明，黨麗華等.Q235鋼在模擬大氣環(huán)境中早期腐蝕圖像小波包分析[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2013，33（3）：211-215.

[2] 王凱.油井管材料液固兩相流體沖刷腐蝕研究[D].西安石油大學(xué)，2013.

[3] Bjordal M，Bardal E，Rogne T，et al.Erosion and corrosion properties of MC coatings and duplex stainless steel in sand-containing synthetic sea water[J].Wear，1995，186/187（8）：508-514.