交流雜散電流對(duì)X80管線鋼的腐蝕行為影響

韋博鑫，許進(jìn)，高立群，臺(tái)闖，于長坤，孫成，王振堯

交流雜散電流對(duì)X80管線鋼的腐蝕行為影響

韋博鑫1,2，許進(jìn)1，高立群1，臺(tái)闖1，于長坤1，孫成1，王振堯1

（1.中國科學(xué)院金屬研究所 遼寧沈陽土壤大氣環(huán)境材料腐蝕國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，沈陽 110016；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230026）

研究交流雜散電流干擾下管線鋼的腐蝕機(jī)理。采用電化學(xué)阻抗譜（EIS）、動(dòng)電位極化掃描（Tafel）等電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和表面分析技術(shù)研究不同交流電流密度干擾下（0~80 A/m2）X80管線鋼在酸性土壤環(huán)境中的腐蝕行為。酸性土壤環(huán)境中，即使是10 A/m2的交流電流密度，也會(huì)引起X80的交流腐蝕，且鋼的腐蝕速率隨著交流電流密度的增大而增大。未施加交流電干擾時(shí)，鋼試樣在酸性土壤浸出液中的腐蝕電流密度為9.6 μA/cm2；當(dāng)施加10 A/m2的交流電后，試樣的腐蝕電流密度增大到11.95 μA/cm2；當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕電流密度為未施加交流電試樣腐蝕電流密度的2.25倍。質(zhì)量損失結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕速率是未施加交流電試樣腐蝕速率的3.5倍。X80鋼在酸性土壤環(huán)境中主要發(fā)生點(diǎn)蝕，交流雜散電流進(jìn)一步加速了X80鋼的點(diǎn)蝕。交流電的引入影響了X80鋼的電化學(xué)腐蝕過程，交流電正半周期鋼試樣發(fā)生氧化反應(yīng)，而在負(fù)半周期鋼試樣表面發(fā)生還原反應(yīng)。在整個(gè)交流電作用的過程中，交流電正半周期的陽極氧化作用遠(yuǎn)大于負(fù)半周期的陰極還原作用。

酸性土壤；交流雜散電流；電化學(xué)阻抗譜；點(diǎn)蝕

土壤腐蝕是指金屬在土壤環(huán)境中所發(fā)生的腐蝕，埋地油氣管道常常發(fā)生腐蝕，甚至穿孔和爆炸，是威脅埋地管道安全運(yùn)行的主要原因之一。調(diào)查數(shù)據(jù)表明[1-3]，2014年我國腐蝕成本為21 278.2億元人民幣，約占當(dāng)年國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%，而土壤腐蝕約占總腐蝕成本的20%。隨著我國電力、石油和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的發(fā)展，埋地長輸油氣管線、高壓輸電線路和電氣化鐵路總里程數(shù)迅速增大。由于空間限制，這些埋地管道必然會(huì)與高壓輸電線路和電氣化鐵路交叉或并行排列，形成所謂的“公共走廊”。在這種情況下，雜散電流就會(huì)從管道某一處流入，在管道中移動(dòng)一段距離后，最終從管道防腐層薄弱處流出，并回到土壤中，而在電流離開的部位就會(huì)發(fā)生雜散電流腐蝕（Stray current corrosion）。

隨著交流電腐蝕問題日益突出，金屬交流電腐蝕逐漸受到各國研究人員的關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者圍繞交流電腐蝕開展了一系列研究，并提出了一些腐蝕機(jī)理模型，如法拉第整流模型[4]、非線性模型[5]、振蕩模型[6]等。由于交流電腐蝕影響因素眾多，腐蝕過程復(fù)雜，因此對(duì)于交流電腐蝕的機(jī)理至今仍未得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。楊燕等[5]發(fā)現(xiàn)交流電干擾下，隨交流電電流密度的增大，X70鋼腐蝕電位負(fù)移的偏移量和腐蝕速率都增大。她們提出交流電的正負(fù)半周期內(nèi)極化效果的不對(duì)稱性加速了金屬腐蝕。Goidanich等[7]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交流電電流密度為10 A/m2時(shí)，鋼的腐蝕速率是未施加交流電試樣腐蝕速率的2倍。當(dāng)電流密度大于30 A/m2時(shí)，其腐蝕速率呈指數(shù)增加，且隨著電流密度的增加，局部腐蝕逐漸加劇。Wei等[8-10]也發(fā)現(xiàn)交流電誘發(fā)了金屬點(diǎn)蝕，并導(dǎo)致腐蝕電位負(fù)移，同時(shí)交流電作為氧化劑，加速了金屬腐蝕電化學(xué)活性溶解。Zhu等[11]研究了紅壤模擬溶液中交流電對(duì)X80鋼腐蝕行為的影響，他們發(fā)現(xiàn)，隨著交流電電流密度的增加，X80鋼腐蝕速率逐漸增加，腐蝕形貌由均勻腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榫植奎c(diǎn)蝕。當(dāng)電流密度小于100 A/m2時(shí)，其腐蝕速率緩慢增大；當(dāng)電流密度超過100 A/m2時(shí)，隨著電流密度增大，其腐蝕速率快速增加。

紅壤具有酸性、粘土礦物含量高、質(zhì)地黏重和電阻率高等特性，pH值為3~6.5，被認(rèn)為是我國典型的高腐蝕性土壤類型之一[12-13]。其廣泛分布于我國長江以南、青藏高原以東的華南區(qū)域，是西氣東輸管線和中緬油氣管線等經(jīng)由地最重要的土壤類型之一。因此，研究紅壤環(huán)境中交流電對(duì)管線鋼腐蝕行為的影響具有重要意義。文中通過自制模擬交流電干擾腐蝕試驗(yàn)裝置，采用電化學(xué)阻抗譜（EIS）和動(dòng)電位極化曲線電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，并結(jié)合表面分析技術(shù)，對(duì)紅壤環(huán)境中X80管線鋼交流電腐蝕行為進(jìn)行了研究。研究結(jié)果可以為我國紅壤地區(qū)埋地管道的交流腐蝕防護(hù)及評(píng)價(jià)提供重要參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與溶液

實(shí)驗(yàn)材料取自API X80管線鋼熱軋鋼板，其主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：C 0.07%，Mn 1.82%，Si 0.19%，P 0.007%，S 0.023%，Cr 0.026%，Ni 0.17%，Cu 0.020%，Al 0.028%，Mo 0.23%，Ti 0.012%，Nb 0.056%，V 0.002%，N 0.004%，B 0.0001%，F(xiàn)e 余量。電化學(xué)試樣工作面尺寸為10 mm×10 mm，背后通過Cu導(dǎo)線連接，非工作面用環(huán)氧樹脂密封。試驗(yàn)前試樣工作面用水砂紙逐級(jí)打磨至800#，依次用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗，吹干，并儲(chǔ)存于干燥器中備用。

實(shí)驗(yàn)所用土壤取自國家材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)站江西鷹潭土壤中心站（28o15?20?N，116o55?30?E），為第四紀(jì)紅黏土，是華南地區(qū)酸性紅壤的典型代表類型之一，其理化性質(zhì)見表1。土壤自然風(fēng)干后，在105 ℃下烘干6 h，最后研磨并過1 mm孔徑篩。將過篩的土壤與去離子水以1∶5 的質(zhì)量比混合，采用機(jī)械攪拌器攪拌1 h 后靜置1 d，用濾紙和濾膜反復(fù)過濾，直至獲得清澈的土壤浸出液備用。

表1 酸性紅壤的理化性質(zhì)

Tab.1 Physicochemical properties of the acid soil

1.2 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室搭建的模擬交流電腐蝕試驗(yàn)裝置如圖1所示，由直流測(cè)試回路和交流干擾回路2個(gè)基本回路組成。交流干擾模擬回路采用220 V、50 Hz交流源，經(jīng)變壓器輸出電壓0~240 V，輸出端串聯(lián)可變電阻（0~9999.9 Ω）以控制交流電電流密度，并通過串聯(lián)萬用表（Sanwa PC700）記錄交流電電流值。采用石墨電極作為對(duì)電極以對(duì)工作電極施加交流電，變壓器的正極接工作電極，負(fù)極接石墨輔助電極。試驗(yàn)時(shí)，分別施加10、30、50、80 A/m2的正弦波交流電。測(cè)量回路由電化學(xué)工作站、參比電極、電解質(zhì)和工作電極組成，其中電容（50 V，500 μF）用以防止電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)交流電源產(chǎn)生干擾。電化學(xué)測(cè)試通過PARSTAT 2273電化學(xué)工作站進(jìn)行。測(cè)試采用傳統(tǒng)三電極體系，工作電極為X80管線鋼試樣，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極。具體試驗(yàn)過程如下：對(duì)系統(tǒng)施加3 h交流電干擾，撤去交流電后，待體系穩(wěn)定達(dá)到開路電位時(shí)，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。EIS測(cè)試時(shí)，施加幅值10 mV的正弦激勵(lì)信號(hào)，頻率范圍10–2~105Hz。動(dòng)電位極化曲線測(cè)量掃描速率為0.5 mV/s，掃描范圍為相對(duì)開路電位±500 mV。

圖1 模擬X80管線鋼交流電腐蝕試驗(yàn)裝置

1.3 質(zhì)量損失試驗(yàn)

采用尺寸為30 mm×15 mm×5 mm的X80鋼試樣進(jìn)行交流干擾質(zhì)量損失試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前先在試樣側(cè)面沖孔、攻螺紋，然后用水砂紙逐級(jí)打磨至800#，依次用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗，吹干，并置于干燥器中，待試樣充分干燥后，用分析電子天平（Toledo AB304-S）稱量（0）。實(shí)驗(yàn)時(shí)用焊有Cu導(dǎo)線的螺栓連接試樣，非工作面積用絕緣漆涂封，實(shí)際工作面積為372.04 mm2。將質(zhì)量損失試樣豎直浸泡入土壤浸出液中。試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出，拆掉螺絲，并用脫漆劑脫去絕緣漆，后用酸洗液（500 mL濃鹽酸+500 mL去離子水+3.5 g六次甲基四胺）去除腐蝕產(chǎn)物，依次用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗，吹干，并置于干燥器中，待試樣充分干燥后，用分析電子天平稱量（1）。腐蝕速率按照式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：corr為腐蝕速率，mm/a；為單位常數(shù)，8.76；0為試樣原始質(zhì)量，g；1為試驗(yàn)后去除腐蝕產(chǎn)物的試樣質(zhì)量，g；為碳鋼電極的裸露面積，m2；為腐蝕時(shí)間，h；為金屬材料的密度，g/cm3。

1.4 腐蝕形貌分析

施加交流干擾3 h后，腐蝕后的樣品從電解池取出，經(jīng)過逐級(jí)清洗后，冷風(fēng)吹干。通過掃描電子顯微鏡（SEM，XL30-FEG）對(duì)試樣表面腐蝕產(chǎn)物形貌進(jìn)行觀察，并通過自帶的能譜儀（EDS）對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行元素分析。去除腐蝕產(chǎn)物后，再次用掃描電鏡觀察試樣表面的腐蝕形貌。

2 結(jié)果及分析

2.1 電化學(xué)阻抗（EIS）分析

EIS測(cè)試對(duì)腐蝕體系的擾動(dòng)很小，響應(yīng)寬，能夠得到較豐富的腐蝕過程宏觀和微觀信息，是研究腐蝕的有效工具，并可以有效地判斷腐蝕反應(yīng)特征[13-14]。為了了解交流電干擾對(duì)酸性土壤環(huán)境中X80鋼試樣的腐蝕行為影響，在撤去交流電后，對(duì)各試驗(yàn)條件下鋼試樣進(jìn)行EIS測(cè)量。施加不同交流電密度3 h后，X80管線鋼的電化學(xué)阻抗譜Nyquist圖見圖2。阻抗譜低頻區(qū)容抗弧反映了界面雙電層電荷轉(zhuǎn)移的難易程度。從圖2中可以看出，隨著外加交流電電流密度逐漸增大，低頻區(qū)容抗弧半徑逐漸減小，即鋼試樣腐蝕速率隨著交流電電流密度增大逐漸增大。

圖2 施加不同交流電密度3 h后X80管線鋼的電化學(xué)阻抗譜Nyquist圖

為了進(jìn)一步分析腐蝕過程，采用等效電路s(dlct)對(duì)測(cè)試獲得的EIS結(jié)果進(jìn)行擬合，結(jié)果見表2。其中，s表示溶液電阻，dl表示電雙層電容，ct表示電雙層電阻。常相位角元件的阻抗表達(dá)為：

式中：0表示的大??；為角頻率；為彌散系數(shù)（0<≤1），越小，彌散效應(yīng)越強(qiáng)。腐蝕速率變化可由極化電阻p定性反映，且p與腐蝕速率成反比。在該等效電路圖中（1個(gè)時(shí)間常數(shù)），極化電阻p=ct。從表2中可以看出，未施加交流電干擾時(shí)，X80鋼試樣的ct值為2874 Ω·cm2，而當(dāng)給體系施加10 A/m2的交流電后，試樣的ct值進(jìn)一步減小為2677 Ω·cm2。隨著交流電電流密度進(jìn)一步增大到80 A/m2時(shí)，試樣的ct達(dá)到最小值，為2119 Ω·cm2。這表明隨著交流電電流密度逐漸增大，X80鋼試樣的ct值逐漸減小，腐蝕速率逐漸增大。

表2 EIS擬合得到的電化學(xué)參數(shù)

Tab.2 Fitted EIS parameters

2.2 動(dòng)電位極化曲線分析

動(dòng)電位極化曲線測(cè)量可以獲得有關(guān)交流電流干擾下腐蝕過程陽極和陰極反應(yīng)的可靠信息。不同電流密度交流電干擾3 h后，X80管線鋼在酸性土壤溶液中的動(dòng)電位極化曲線對(duì)比如圖3所示。可以看出，無論是未施加交流電還是施加交流電試樣，極化曲線的變化趨勢(shì)大體相同。在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)，陽極極化曲線未出現(xiàn)鈍化區(qū)，同時(shí)陰極極化曲線也未出現(xiàn)氧擴(kuò)散控制區(qū)。上述結(jié)果表明，交流電干擾下，X80管線鋼在酸性土壤溶液中的腐蝕主要受活化控制。從圖3中還可以看出，隨著交流電電流密度的增大，極化曲線呈右移的趨勢(shì)。這表明隨著外加交流電電流密度的增大，鋼試樣腐蝕電流密度逐漸增大，即試樣腐蝕速率逐漸增大。

圖3 施加不同交流電流密度后X80鋼的動(dòng)電位極化曲線

采用強(qiáng)極化區(qū)線性擬合外推法對(duì)動(dòng)電位極化曲線（見圖3）進(jìn)行擬合，得到腐蝕電位（corr）、腐蝕電流密度（corr）、陰極Tafel 斜率（c）和陽極Tafel 斜率（a），具體擬合結(jié)果見表3?？梢钥闯觯词┘咏涣麟姼蓴_時(shí)，鋼試樣在酸性土壤浸出液中的腐蝕電流密度為9.6 μA/cm2。當(dāng)施加10 A/m2的交流電后，試樣的腐蝕電流密度增大為11.95 μA/cm2。隨著交流電電流密度進(jìn)一步增大，鋼試樣的腐蝕電流密度也逐漸增加。當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕電流密度增大為21.56 μA/cm2，是未施加交流電試樣腐蝕電流密度的2.25倍。

表3 極化曲線擬合的動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果

Tab.3 Fitting results of polarization curves of the X80 steel with various AC current densities

2.3 腐蝕質(zhì)量損失分析

不同交流電電流密度作用3 h后，X80鋼試樣腐蝕的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)如圖4所示?？梢钥闯觯饧咏涣麟娂铀倭薠80鋼試樣腐蝕。當(dāng)外加交流電電流密度為10 A/m2時(shí)，X80鋼的腐蝕速率迅速增大，從(0.38± 0.034) mm/a增大到(0.49± 0.042) mm/a，約為未施加交流電試樣腐蝕速率的1.3倍。隨著外加交流電電流密度逐漸增大，腐蝕速率逐漸增大。當(dāng)交流電電流密度增大到80 A/m2時(shí)，X80鋼的腐蝕速率達(dá)到(1.33± 0.102) mm/a，是未施加交流電試樣的3.5倍。上述結(jié)果表明，交流電對(duì)X80管線鋼在酸性土壤中的腐蝕起加速作用，質(zhì)量損失結(jié)果與電化學(xué)測(cè)試結(jié)果一致。

圖4 不同交流電流密度作用后X80鋼腐蝕速率

2.4 表面形貌觀察

不同交流電電流密度干擾3 h后，X80管線鋼腐蝕產(chǎn)物形貌如圖5所示。未施加交流電試樣表面分布了少量的顆粒狀腐蝕產(chǎn)物（見圖5a），而施加10 A/m2的交流電干擾后，試樣表面顆粒狀的腐蝕產(chǎn)物增多。當(dāng)交流電電流密度為50 A/m2時(shí)，整個(gè)試樣表面出現(xiàn)一層疏松團(tuán)簇狀的腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)所施加交流電電流密度進(jìn)一步增大時(shí)（80 A/m2），試樣表面被一層疏松的腐蝕產(chǎn)物層覆蓋。上述結(jié)果表明，交流電加速了X80管線鋼在酸性土壤溶液中的腐蝕，且隨著腐蝕電流密度的增大，腐蝕逐漸加劇。交流干擾3 h后，試樣表面腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果見表4?？梢钥闯?，腐蝕產(chǎn)物主要由Fe、O、Al、Si元素組成，其中元素Al和Si來自土壤成分。從表4可以看出，隨著交流電流密度的增大，腐蝕產(chǎn)物表面O含量逐漸增多，這也進(jìn)一步證明交流電加速了X80的鋼的腐蝕。

表4 X80鋼試樣表面腐蝕產(chǎn)物能譜（EDS）分析結(jié)果

Tab.4 EDS results of the corrosion products of X80 pipeline steel coupons

去除腐蝕產(chǎn)物后，不同交流電電流密度下，X80管線鋼表面的腐蝕形貌如圖6所示。在未施加交流電試樣表面，僅可觀察到少量的小的點(diǎn)蝕坑。隨著交流電的引入，試樣表面點(diǎn)蝕坑數(shù)量逐漸增多，并且部分點(diǎn)蝕坑出現(xiàn)相互貫通。當(dāng)所施加交流電電流密度為50 A/m2時(shí)，試樣表面觀察到大量的點(diǎn)蝕坑。當(dāng)電流密度進(jìn)一步增大到80 A/m2時(shí)，蝕坑相互連貫在一起，并形成潰瘍狀腐蝕形貌。這表明交流電促進(jìn)了X80鋼在酸性土壤環(huán)境中的點(diǎn)蝕，且隨著電流密度的增大，點(diǎn)蝕逐漸加劇。上述結(jié)果主要是由交流電整流效應(yīng)所引起，在整流效應(yīng)作用下，鋼陽極溶解過程加劇，特別是在蝕坑內(nèi)部。同時(shí)交流電產(chǎn)生的交變電場(chǎng)加速了離子遷移速率，這進(jìn)一步促進(jìn)了腐蝕過程[15]。

圖6 去除腐蝕產(chǎn)物后X80管線鋼的腐蝕形貌的SEM像

2.5 交流電對(duì)X80管線鋼腐蝕過程影響

研究表明[12-13,16-17]，土壤環(huán)境中鋼的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程，陽極反應(yīng)是Fe的氧化反應(yīng)，陰極反應(yīng)為H+和O2的還原反應(yīng)。

陽極反應(yīng)：

Fe→Fe2++2e (2)

陰極反應(yīng)：

2H++2e→H2(3)

O2+2H2O+4e→4OH?(4)

陰極反應(yīng)生成的OH?中，一部分向本體溶液中擴(kuò)散，并與溶液中的H+發(fā)生中和反應(yīng)。另一部分與陽極反應(yīng)生成的Fe2+發(fā)生反應(yīng)（5），并形成疏松多孔的中間產(chǎn)物Fe(OH)2。這種中間產(chǎn)物穩(wěn)定性很差，易被O2氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3[18]。

Fe2++2OH?→Fe(OH)2(5)

4Fe(OH)2+O2→2Fe2O3+4H2O (6)

交流電加速了X80鋼在酸性土壤環(huán)境中的腐蝕。動(dòng)電位極化曲線擬合結(jié)果表明，隨著交流電電流密度的增大，腐蝕電流密度逐漸增加。當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕電流密度是未施加交流電試樣腐蝕電流密度的2.25倍。質(zhì)量損失結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕速率是未施加交流電試樣腐蝕速率的3.5倍。此外，電化學(xué)測(cè)試所得的鋼腐蝕速率數(shù)據(jù)明顯與質(zhì)量損失試驗(yàn)獲得的腐蝕速率存在較大差距。這是由于電化學(xué)測(cè)量結(jié)果是在撤去交流電后所得到的瞬時(shí)腐蝕速率，而質(zhì)量損失數(shù)據(jù)反映的是交流電干擾下試樣的實(shí)際腐蝕速率，因此兩者存在較大差異。質(zhì)量損失可以準(zhǔn)確地反映出交流干擾下鋼的真實(shí)腐蝕速率，電化學(xué)測(cè)量也可以反映出交流電作用下埋地鋼腐蝕變化趨勢(shì)，可以用于交流腐蝕機(jī)理研究。

交流電產(chǎn)生的交變電場(chǎng)對(duì)金屬極化作用有重要影響。由圖3可以看出，極化曲線右移趨勢(shì)并不明顯，其中陽極極化曲線并沒有右移趨勢(shì)，動(dòng)極化曲線陰極陽極不對(duì)稱。這是由于施加交流電后，X80管線鋼處于陽極極化和陰極極化交替變化的過程中。陽極極化將會(huì)加速金屬的陽極溶解過程，而陰極極化將會(huì)減緩腐蝕發(fā)生。交流電正半周期使得鋼試樣表面還原態(tài)腐蝕產(chǎn)物發(fā)生氧化反應(yīng)，如二價(jià)鐵被氧化成為三價(jià)鐵，而交流電負(fù)半周期則使得鋼試樣表面氧化態(tài)腐蝕產(chǎn)物發(fā)生還原反應(yīng)，如三價(jià)鐵被還原成為二價(jià)鐵[8]。在交流電的正半周期內(nèi)，金屬的陽極溶解電流密度的增大量大于在交流電的負(fù)半周期內(nèi)的減小量，綜合結(jié)果導(dǎo)致金屬的陽極溶解速度增大[5]。

3 結(jié)論

1）電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，交流電對(duì)X80管線鋼在酸性土壤溶液中的腐蝕起加速作用。即使交流電流密度較?。?0 A/m2），也會(huì)引起X80的交流腐蝕，且隨著外加交流電電流密度逐漸增大，腐蝕速率逐漸增大。質(zhì)量損失結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了電化學(xué)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)干擾交流電流密度增大到80 A/m2時(shí)，腐蝕速率是未施加交流電試樣腐蝕速率的3.5倍。

2）未施加交流電試樣表面僅可觀察到少量的小的點(diǎn)蝕坑。隨著交流電的引入，試樣表面點(diǎn)蝕坑數(shù)量逐漸增多，交流電加速了X80管線鋼在酸性土壤溶液中的點(diǎn)蝕。

3）交流電的引入影響了X80鋼電化學(xué)腐蝕過程，交流電正半周期鋼試樣發(fā)生氧化反應(yīng)，而交流電負(fù)半周期鋼試樣發(fā)生還原反應(yīng)。在整個(gè)交流電作用的過程中，交流電正半周期的陽極氧化作用遠(yuǎn)大于負(fù)半周期的陰極還原作用。

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Effect of AC Stray Current on Corrosion Behavior of X80 Pipeline Steel

WEI Bo-xin1,2, XU Jin1, GAO Li-qun1, TAI Chuang1, YU Chang-kun1, SUN Cheng1, WANG Zhen-yao1

(1.Liaoning Shenyang Soil and Atmosphere Corrosion of Material National Observation and Research Station, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2.School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

To study the corrosion mechanism of pipeline steel under the interference of alternating current (AC). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization scanning (Tafel), and surface analysis techniques were used to study the corrosion behavior of X80 pipeline steel in acid soil environment under different AC current density (0 ~ 80 A/m2). In acid soil environment, the AC corrosion of X80 can be enhanced even with the AC current density of 10 A/m2, and the corrosion rate of steel increased with the increase of AC current density. The results showed that the corrosion current density of steel coupon in acid soil solution was 9.6 μA/cm2without AC interference, however, it increased to 11.95 μA/cm2when the 10 A/m2AC was applied. When the AC current density increased to 80 A/m2, the corrosion current density was 2.25 times of that without AC. The weight loss further verified the electrochemical test results. When the AC current density increased to 80 A/m2, the corrosion rate was 3.5 times that of the non-interfered coupon. Pitting corrosion of X80 steel mainly occured in acid soil environment, and the AC stray current further enhanced the pitting corrosion of X80 steel. The electrochemical corrosion process of X80 steel is affected by the introduction of AC. In the positive half-cycle of AC, oxidation reaction occurs, while reduction reaction occurs in the negative half-cycle of AC. In the whole process of AC, the anodic oxidation of positive half-cycle is much greater than the cathodic reduction of negative half-cycle.

acidic soil; alternating stray current; electrochemical impedance spectroscopy; pitting

2021-03-08；

2021-03-19

WEI Bo-xin（1995—）, Male, Ph. D. student, Research focus: corrosion of pipeline steel.

許進(jìn)（1978—），男，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)橥寥栏g。

Corresponding author：XU Jin (1978—), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: soil corrosion.

韋博鑫, 許進(jìn), 高立群, 等. 交流雜散電流對(duì)X80管線鋼的腐蝕行為影響[J]. 裝備環(huán)境工程, 2021, 18(4): 021-027.

TG172

A

1672-9242(2021)04-0021-07

10.7643/ issn.1672-9242.2021.04.003

2021-03-08；

2021-03-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51871228，51771213，51471176）

Fund：Supported by the National Natural Science Foundation of China (51871228, 51771213, 51471176)

韋博鑫（1995—），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)楣芫€鋼腐蝕。

WEI Bo-xin, XU Jin, GAO Li-qun, et al. Effect of AC stray current on corrosion behavior of X80 pipeline steel[J]. Equipment environmental engineering, 2021, 18(4): 021-027.