弹性力作用下管线钢的电化学腐蚀行为研究

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摘要：通过测量开路电位随时间的变化曲线、电化学阻抗谱、塔菲尔曲线等研究了在土壤模拟溶液（0.5 M NaHCO3 溶液）中，X80管线钢在有无弹性力作用下的电化学腐蚀行为。结果表明：成膜时间越长，电极表面的钝化膜越稳定；弹性力能降低X80管线钢在土壤模拟溶液中钝化膜的稳定性。51224

毕业论文关键词：弹性力、X80管线钢、钝化膜、电化学腐蚀

Study of the Electrochemical Corrosion Behavior of Pipeline Steel under Elastic Stress

Abstract: In this paper, the electrochemical corrosion behavior of X80 carbon steel with and without elastic stress in 0.5 mol·dm-3 NaHCO3 solution were studied by measuring the open circuit potential E-t curve, the electrochemical impedance spectra and the Tafel curves. The experimental results indicated that the stability of the passive film increased with the film formed time, and the elastic stress could induce the stability of the passive film on X80 carbon steel in 0.5 mol·dm-3 NaHCO3 solution.

Keywords: elastic stress, X80 carbon steel, passive film, electrochemical corrosion

1 前言

1.1 研究背景

管线钢已经广泛的应用在我国的工农业当中[1,2]，其中国内生产的石油和天然气大都依赖管道输送。在我国所铺设的管路中，绝大部分都要埋设在土壤之下，且铺设管线里程长，沿线土壤地质环境复杂多变，与土壤接触所带来的腐蚀问题不可避免[3]。在我国，每年因外部弹性力导致的电化学腐蚀所带来的经济损失是相当巨大的，因此，必须高度重视埋地管道的应力腐蚀行为[4,5]。

1.2 国内外研究动态及其进展

2011年，张玮课题组[6]以Q345钢为试验样本，采用变速、拉伸、张开三种不同的应力腐蚀研究方法，虚拟H2S气体氛围，探究内置缺陷Q345R钢应力腐蚀开裂的情况，其工作对实际的工业生产安全有着重要的应用前景。

2013年，孙冬柏课题组[7]报道了利用慢应变速率拉伸实验探究了X80碳钢在模拟土壤溶液中的应力腐蚀的影响。在其小组的实验中，以中国西部碱性土壤的化学成分为参照，在不同应变速率条件下进行试验，样品断裂后运用扫描电镜对管线钢断裂的位置进行检测。研究结果表明，X80碳钢会在1.0×10-6 s-1速率值下体现出最好的抗腐蚀性

2007年，史秀敏小组[8]报道了采用慢应变速率试验(SSRT)，研究X70钢在近中性pH值和高pH值模拟土壤溶液中的开裂行为，分析探讨环境因素对近中性pH SCC的影响。

2009年，汪洋[9]等人运用了均匀设计方法，通过改变硫化氢浓度、氯离子浓度、pH值和温度等溶液介质参数，对X70管线钢在湿H2S环境中进行慢应变速率拉伸应力腐蚀实验。

综上所述，在管线钢电化学腐蚀的研究领域里，国内外的研究进展大都集中在应力腐蚀开裂[10,11](慢应变速试验、预裂纹拉伸、楔形张开加载预裂纹实验等)或各种化学因素[12]导致的腐蚀。

1.3 本文研究内容及创新点

本课题讨论了有无弹性力作用下X80管线钢的电化学腐蚀行为。采用开路电位E-t曲线、电化学阻抗谱、塔菲尔图这三种电化学方法，研究有无弹性力作用下X80碳钢在浓度为0.50 mol·dm-3的NaHCO3溶液中的电化学腐蚀行为。我们的创新点在于研究了有无弹性力这两种情况下X80管线钢的电化学腐蚀行为，不同于单一因素的电化学腐蚀。

2 实验部分

2.1实验材料及溶液

本次电化学实验采用的工作电极为X80管线钢,其化学成分（质量分数%）为：C 0.063%、Si 0.28%、Mn 1.83%、P 0.011%、S 0.0006%、Cr 0.03%、Ni 0.03%、Ti 0.016%、Nb 0.061%、V 0.059%、Mo 0.22%、Fe余量。实验采用0.5M NaHCO3溶液。