X80管線鋼在庫爾勒土壤中的腐蝕行為研究

刁東良，付現(xiàn)橋，劉慧超，趙璐陽

（1.中國石油集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘 062552；2.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部，河北任丘 062552）

X80管線鋼在庫爾勒土壤中的腐蝕行為研究

刁東良1，付現(xiàn)橋1，劉慧超1，趙璐陽2

（1.中國石油集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘 062552；2.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部，河北任丘 062552）

采用電化學(xué)阻抗譜（EIS）及動(dòng)電位掃描技術(shù)研究了溫度和pH值對(duì)X80管線鋼在庫爾勒土壤中的腐蝕行為，并利用金相顯微鏡觀察了不同溫度及pH值下的腐蝕形貌。結(jié)果表明：X80管線鋼在庫爾勒土壤環(huán)境中會(huì)形成一層保護(hù)性較好的鈍化膜，且隨著溫度的升高，鈍化膜穩(wěn)態(tài)電流增大；而膜電阻及擴(kuò)散電阻則隨介質(zhì)pH值的增強(qiáng)而減小，X80鋼的腐蝕速率隨之減小。

X80管線鋼；pH值；溫度；庫爾勒土壤

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料選用性能較好的X80管線鋼，實(shí)驗(yàn)用腐蝕試樣尺寸為50mm×25mm×4mm，其表面用YM-2A金相試樣預(yù)磨機(jī)逐級(jí)打磨至1500#并用拋光機(jī)拋光，然后用無水乙醇清洗，丙酮除油，冷風(fēng)吹干后稱重并標(biāo)記，以便計(jì)算腐蝕速率。

2 電化學(xué)腐蝕結(jié)果與分析

將X80管線鋼線切割成10mm×10mm×5mm的正方形試樣，其一面用Cu導(dǎo)線焊接，另一面作為電化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)的測(cè)試表面。X80鋼試樣用環(huán)氧樹脂封裝干燥后，用60#～1000#SiC砂紙逐級(jí)打磨，并用酒精擦拭除去除污染物，再用去離子水沖洗、吹干后備用。

采用PARSTAT2273電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)[1-2]，三電極體系，以飽和甘汞電極作為參比電極，文中所有電位均相對(duì)于飽和甘汞電極電位（SCE）而言。石墨作為對(duì)電極（尺寸為20mm×20mm），X80管線鋼試樣以及帶有Ni-P鍍層的X80管線鋼作為工作電極，測(cè)試溫度為室溫。

極化曲線測(cè)試前，先將試樣在-1.3V下極化3min，帶開路電位穩(wěn)定1h后進(jìn)行極化曲線測(cè)試。動(dòng)電位極化曲線電位掃描范圍為-0.25～0V，掃描速度為0.50mV/s。交流阻抗測(cè)試頻率為100 kHz～50MHz，交流激勵(lì)信號(hào)幅值為10mV，采用ZsimpWin3.21對(duì)交流阻抗的Nyquist測(cè)試曲線進(jìn)行數(shù)值擬合。

2.1 pH值對(duì)X80鋼腐蝕行為影響

通常情況下，庫爾勒土壤呈中性，pH值為6～8。在一些重工業(yè)區(qū)，土壤的pH值可能呈酸性或堿性。如煤礦廠區(qū)，因?yàn)橥ǔ?huì)排放大量的SO2而造成周圍土壤的酸化，土壤的pH值可能呈酸性，酸性土壤[2]（沼澤土、腐殖土）pH值為3～6；在化肥廠區(qū)，因生產(chǎn)大量的堿性物質(zhì)而使周圍地區(qū)的土壤呈堿性，堿性土壤pH值為8～10。土壤的腐蝕性隨土壤酸性的增高而增強(qiáng)，因?yàn)樵谒嵝詶l件下氫的陰極去極化過程已能順利進(jìn)行，強(qiáng)化了整個(gè)腐蝕過程。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)在土壤中含有大量有機(jī)酸時(shí)，其pH值雖然接近于中性，但其腐蝕性仍然很強(qiáng)。

鑒于此，本文借助于電化學(xué)阻抗譜技術(shù)EIS、電容測(cè)試法和循環(huán)伏安曲線研究了不同pH值下X80管線鋼在模擬土壤環(huán)境中的腐蝕行為。

當(dāng)土壤模擬溶液呈中性時(shí)，即pH值為7的溶液時(shí)，曲線最靠近左側(cè)，說明易于被腐蝕，而當(dāng)土壤模擬溶液呈酸性或堿性時(shí)，曲線往右移，說明不易被腐蝕。這是因?yàn)楫?dāng)介質(zhì)pH值較強(qiáng)時(shí)會(huì)使X80鋼表面發(fā)生鈍化，生成一層致密的保護(hù)性良好的保護(hù)膜，而介質(zhì)pH值較弱時(shí)，在表面只會(huì)生成一層薄水層，其保護(hù)作用遠(yuǎn)不如前者。

當(dāng)模擬土壤溶液的pH值為9時(shí)，其電荷轉(zhuǎn)移電阻最大，這說明在此條件下會(huì)在X80管線鋼表面形成一層保護(hù)性良好的膜層，這與極化曲線的分析結(jié)果相一致。

2.2 溫度對(duì)X80鋼腐蝕行為影響

隨季節(jié)的不斷更替，土壤溫度也在變化。受溫度影響，管線鋼的腐蝕速率隨季節(jié)變化而改變，其在春夏交替時(shí)腐蝕速率最大，在冬季腐蝕速率最低，夏秋季節(jié)腐蝕速率處于上述兩者之間由于腐蝕電位和氧化還原電位等指標(biāo)隨溫度變化而改變，因而在陰極保護(hù)中隨溫度變化，保護(hù)電位也有一定的差異。溫度也會(huì)影響X80管線鋼的鈍化膜性能。應(yīng)用電化學(xué)阻抗譜（EIS）技術(shù)研究了溫度對(duì)X80管線鋼在模擬土壤環(huán)境中所成鈍化膜電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著成膜溫度的升高，鈍化膜的穩(wěn)態(tài)電流增大，其原因在于溫度升高，鈍化膜內(nèi)的氧空位數(shù)量增加。

（1）X80管線鋼在庫爾勒土壤模擬液中表面會(huì)形成一層保護(hù)性膜層，溫度對(duì)膜層性能具有顯著的影響，溫度升高，所形成膜的穩(wěn)態(tài)鈍化電流增加，膜對(duì)基體金屬的保護(hù)作用就越弱，腐蝕加快。這主要是由于隨溫度的升高，鈍化膜的形成/溶解平衡遭到破壞，膜也就加速了溶解，這樣膜電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻就會(huì)減小，同時(shí)也使離子在膜內(nèi)的擴(kuò)散阻抗也減小。

（2）X80管線鋼表層所形成的保護(hù)膜的組成與腐蝕介質(zhì)的pH值有關(guān)。在土壤高pH值條件下，管線鋼表面會(huì)形成一層致密的氧化物鈍化膜，對(duì)基體金屬起到很好的保護(hù)作用；在低pH值條件下，管線鋼表面被一層水化物膜所覆蓋，但是后者的保護(hù)作用遠(yuǎn)不及前者。總的說來，管線鋼表面所形成的保護(hù)膜對(duì)基體金屬的保護(hù)作用隨溶液pH值的增大而增強(qiáng)。

[1] 劉靖，侯寶利.硫酸鹽還原菌腐蝕研究進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2001，34（8）：8-11.

[2] 謝飛，吳明，王丹，等.SO對(duì)X80管線鋼在庫爾勒土壤模擬溶液中腐蝕行為的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，44（1）：424-429.

Corrosion Behavior of X80 Pipeline Steel in Korla Soil

Diao Dong-liang，F(xiàn)u Xian-qiao，Liu Hui-chao，Zhao Lu-yang

The corrosion behavior of X80 pipeline steel in Korla soil was studied by electrochemical impedance spectroscopy（EIS）and dynamic potential scanning technique.The corrosion morphology of X80 pipeline steel in Korla soil was observed by metallographic microscope.The The results show that X80 pipeline steel will form a protective film with good protection in Korla soil environment，and the steady state current increases with the increase of temperature，while the membrane resistance and diffusion resistance will increase with the medium the corrosion rate of X80 steel decreases with the increase of pH value.

X80 pipeline steel；pH value；temperature；Korla soil

TG172.4

A

1003-6490（2017）12-0016-01

2017-10-10

刁東良（1989—），男，河北衡水人，工程師，主要研究方向?yàn)榻饘俨牧吓c焊接工藝。

付現(xiàn)橋（1985—），男，山東曲阜人，工程師，主要研究方向?yàn)榻饘俨牧闲阅芊治黾昂附蛹夹g(shù)。