X80钢在酸性红壤模拟环境中的腐蚀行为研究

《X80钢在酸性红壤模拟环境中的腐蚀行为研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、国内图书分类号：TG179西北工业大学工学博士学位论文X80钢在酸性红壤模拟环境中的腐蚀行为研究博士研究生：王帅星导师：刘道新教授申请学位级别：博士学科、专业：材料学所在单位：航空学院答辩日期：2017年3月授予学位单位：西北工业大学Classifiedindeх：TG179DissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyResearchonCorrosionBehaviorofX80SteelinSimulatedAcidicSoilEnvironme

2、ntsPh.D.Candidate：WANGShuaixingAdvisor：ProfessorLIUDaoxinDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpeciality：MaterialsScienceSchool：SchoolofAeronauticsDateofOralDefence：March,2017UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity摘要摘要X80管线钢广泛应用于“西气东输”二线工程，作为埋地管线，腐蚀失效是影响其服役安全性的重要因素。有关X80钢在中

3、性和高pH值土壤环境中的腐蚀行为，已经有较多的研究，然而，人们对管线钢尤其是X80高强度级别管线钢在酸性红壤环境中的腐蚀行为和机理的认识还不够。因此，研究X80管线钢在酸性红壤环境中的腐蚀行为与机理，开发有效的腐蚀监测手段，对X80钢在酸性红壤环境中的安全服役、寿命预测及防护措施选择有重要意义。本文综合考虑酸雨和红壤特征，重点研究了X80钢在酸性红壤模拟环境中的腐蚀行为。通过析氢量收集、动电位极化、电化学阻抗谱（EIS）及扫描开尔文探针（SKP）测试，分析了pH、溶解氧（DO）对X80钢腐蚀行为的影响规律，探讨了不同条件下X80钢腐蚀的阴极反应过程及控制机理，建立了酸性红壤模拟液中X

4、80钢的腐蚀模型。同时，考虑破裂涂层下X80钢表面形成酸性红壤浸出液膜这种常见典型工况的腐蚀环境，研究了X80钢在酸性红壤模拟液膜下的腐蚀电化学行为及腐蚀历程。此外，采用精密电阻法原位、连续监测了X80钢在酸性红壤中的长期腐蚀动力学规律；基于室内模拟环境和室外红壤现场暴露试验结果，评价了室内与室外腐蚀试验结果之间的相关性，建立了腐蚀寿命预测模型。主要研究结果如下：（1）酸性红壤模拟液中，X80钢腐蚀的阴极反应及腐蚀机制取决于溶液pH值及DO浓度的综合影响。pH值为3.0、厌氧（DO0.25ppm）条件下，氢还原反应几乎为唯一的阴极过程；溶解氧含量升高，析氢腐蚀和耗氧腐蚀同时存在，但i

5、/i一直小于50%，即析氢腐蚀占据主导。pH值为4.0~4.5时，X80钢腐蚀机O2Fe制与DO含量密切相关。厌氧条件下，氢还原反应仍为主要阴极过程；氧含量升至0.90ppm时，耗氧腐蚀优先发生，且此时X80钢腐蚀受氧扩散过程控制，EIS低频区为类Warburg阻抗特征；氧充足时，i/i>50%，氧离子化步骤控制了X80O2Fe钢腐蚀过程，EIS谱由双容抗弧组成。pH值为5.0~5.5时，i/i约为85%~95%，O2Fe氧还原反应为主要阴极过程；但DO含量决定了X80钢的腐蚀控制步骤。高DO含量下，腐蚀速度取决于氧离子化过程，电极表面易形成薄而致密的腐蚀产物层；厌氧环境下，氧扩散过

6、程决定了腐蚀速度，电极表面主要为大而深的蚀孔。（2）除氧的酸性红壤模拟液膜（pH≈4.5）下，X80钢的腐蚀阴极过程受氢还原反应控制。未除氧时，X80钢在酸性红壤模拟液膜下的腐蚀行为及控制机理受液膜厚度影响。300μm液膜下，X80钢的腐蚀仍受阴极电化学过程影响，主要I西北工业大学工学博士学位论文涉及O+2去极化及H还原过程。液膜减薄，氧的扩散路径缩短，阴极反应加速；同时，Fe2+及腐蚀产物的扩散会受到阻碍，阳极反应受到抑制；不同厚度液膜下X80钢的腐蚀行为取决于二者的影响程度。145μm液膜下，X80钢腐蚀逐渐转化为氧扩散过程控制，腐蚀速率随浸泡时间波动。然而，液膜厚度降至70μm

7、时，X80钢呈现出阴极、阳极联合控制特征，腐蚀速率主要与氧扩散及腐蚀产物扩散阻力有关。腐蚀后期，不同厚度液膜下X80钢的腐蚀速率由大到小的排序为70μm>300μm>145μm。酸性红壤模拟液的本体溶液中，X80钢表面腐蚀产物致密度不高，主要以γ-FeOOH和Fe3O4为主；液膜减薄，腐蚀产物层趋于完整，保护性提高；70μm液膜下，腐蚀产物由γ-FeOOH、Fe2O3及少量FeCO3组成。-1（3）X80钢在酸雨红壤介质中的腐蚀速度（R）、腐蚀类型及腐蚀机