X80管线钢在库尔勒土壤中的腐蚀行为研究

刁东良，付现桥，刘慧超，赵璐阳

（1.中国石油集团工程建设有限责任公司华北分公司，河北任丘 062552；2.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北任丘 062552）

X80管线钢在库尔勒土壤中的腐蚀行为研究

刁东良1，付现桥1，刘慧超1，赵璐阳2

（1.中国石油集团工程建设有限责任公司华北分公司，河北任丘 062552；2.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北任丘 062552）

采用电化学阻抗谱（EIS）及动电位扫描技术研究了温度和pH值对X80管线钢在库尔勒土壤中的腐蚀行为，并利用金相显微镜观察了不同温度及pH值下的腐蚀形貌。结果表明：X80管线钢在库尔勒土壤环境中会形成一层保护性较好的钝化膜，且随着温度的升高，钝化膜稳态电流增大；而膜电阻及扩散电阻则随介质pH值的增强而减小，X80钢的腐蚀速率随之减小。

X80管线钢；pH值；温度；库尔勒土壤

1 实验方法

实验材料选用性能较好的X80管线钢，实验用腐蚀试样尺寸为50mm×25mm×4mm，其表面用YM-2A金相试样预磨机逐级打磨至1500#并用抛光机抛光，然后用无水乙醇清洗，丙酮除油，冷风吹干后称重并标记，以便计算腐蚀速率。

2 电化学腐蚀结果与分析

将X80管线钢线切割成10mm×10mm×5mm的正方形试样，其一面用Cu导线焊接，另一面作为电化学实验时的测试表面。X80钢试样用环氧树脂封装干燥后，用60#～1000#SiC砂纸逐级打磨，并用酒精擦拭除去除污染物，再用去离子水冲洗、吹干后备用。

采用PARSTAT2273电化学综合测试系统[1-2]，三电极体系，以饱和甘汞电极作为参比电极，文中所有电位均相对于饱和甘汞电极电位（SCE）而言。石墨作为对电极（尺寸为20mm×20mm），X80管线钢试样以及带有Ni-P镀层的X80管线钢作为工作电极，测试温度为室温。

极化曲线测试前，先将试样在-1.3V下极化3min，带开路电位稳定1h后进行极化曲线测试。动电位极化曲线电位扫描范围为-0.25～0V，扫描速度为0.50mV/s。交流阻抗测试频率为100 kHz～50MHz，交流激励信号幅值为10mV，采用ZsimpWin3.21对交流阻抗的Nyquist测试曲线进行数值拟合。

2.1 pH值对X80钢腐蚀行为影响

通常情况下，库尔勒土壤呈中性，pH值为6～8。在一些重工业区，土壤的pH值可能呈酸性或碱性。如煤矿厂区，因为通常会排放大量的SO2而造成周围土壤的酸化，土壤的pH值可能呈酸性，酸性土壤[2]（沼泽土、腐殖土）pH值为3～6；在化肥厂区，因生产大量的碱性物质而使周围地区的土壤呈碱性，碱性土壤pH值为8～10。土壤的腐蚀性随土壤酸性的增高而增强，因为在酸性条件下氢的阴极去极化过程已能顺利进行，强化了整个腐蚀过程。应当指出，当在土壤中含有大量有机酸时，其pH值虽然接近于中性，但其腐蚀性仍然很强。

鉴于此，本文借助于电化学阻抗谱技术EIS、电容测试法和循环伏安曲线研究了不同pH值下X80管线钢在模拟土壤环境中的腐蚀行为。

当土壤模拟溶液呈中性时，即pH值为7的溶液时，曲线最靠近左侧，说明易于被腐蚀，而当土壤模拟溶液呈酸性或碱性时，曲线往右移，说明不易被腐蚀。这是因为当介质pH值较强时会使X80钢表面发生钝化，生成一层致密的保护性良好的保护膜，而介质pH值较弱时，在表面只会生成一层薄水层，其保护作用远不如前者。

当模拟土壤溶液的pH值为9时，其电荷转移电阻最大，这说明在此条件下会在X80管线钢表面形成一层保护性良好的膜层，这与极化曲线的分析结果相一致。

2.2 温度对X80钢腐蚀行为影响

随季节的不断更替，土壤温度也在变化。受温度影响，管线钢的腐蚀速率随季节变化而改变，其在春夏交替时腐蚀速率最大，在冬季腐蚀速率最低，夏秋季节腐蚀速率处于上述两者之间由于腐蚀电位和氧化还原电位等指标随温度变化而改变，因而在阴极保护中随温度变化，保护电位也有一定的差异。温度也会影响X80管线钢的钝化膜性能。应用电化学阻抗谱（EIS）技术研究了温度对X80管线钢在模拟土壤环境中所成钝化膜电化学性能的影响。结果表明：随着成膜温度的升高，钝化膜的稳态电流增大，其原因在于温度升高，钝化膜内的氧空位数量增加。

（1）X80管线钢在库尔勒土壤模拟液中表面会形成一层保护性膜层，温度对膜层性能具有显著的影响，温度升高，所形成膜的稳态钝化电流增加，膜对基体金属的保护作用就越弱，腐蚀加快。这主要是由于随温度的升高，钝化膜的形成/溶解平衡遭到破坏，膜也就加速了溶解，这样膜电阻和电荷转移电阻就会减小，同时也使离子在膜内的扩散阻抗也减小。

（2）X80管线钢表层所形成的保护膜的组成与腐蚀介质的pH值有关。在土壤高pH值条件下，管线钢表面会形成一层致密的氧化物钝化膜，对基体金属起到很好的保护作用；在低pH值条件下，管线钢表面被一层水化物膜所覆盖，但是后者的保护作用远不及前者。总的说来，管线钢表面所形成的保护膜对基体金属的保护作用随溶液pH值的增大而增强。

[1] 刘靖，侯宝利.硫酸盐还原菌腐蚀研究进展[J].材料保护，2001，34（8）：8-11.

[2] 谢飞，吴明，王丹，等.SO对X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中腐蚀行为的影响[J].中南大学学报，2013，44（1）：424-429.

Corrosion Behavior of X80 Pipeline Steel in Korla Soil

Diao Dong-liang，Fu 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

刁东良（1989—），男，河北衡水人，工程师，主要研究方向为金属材料与焊接工艺。

付现桥（1985—），男，山东曲阜人，工程师，主要研究方向为金属材料性能分析及焊接技术。