(01)X70和X80管线钢的电化学腐蚀行为
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第32卷 第10期 2011年 10月
材料热处理学报
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Vol ． 3 2 No ． 1 0 October 2 0 1 1
X70 和 X80 管线钢的电化学腐蚀行为
李红英， 康 巍， 胡继东， 刘 洋
（ 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南 长沙 410083）
152
材料热处理学报
第 32 卷
Cl － 和 SO4 2 － 腐 蚀 液 中 的 腐 蚀 规 律 ，探 索 腐 蚀 机 理 ， 为高级管 线 钢 在 西 部 土 壤 腐 蚀 环 境 中 的 服 役 提 供 基础数据和理论依据。
1 实验材料、设备和方法
选取 X70、X80 两 种 高 钢 级 管 线 钢，表 1 为 实 验 材料的化学成分。
用分析纯 NaCl 和去 离 子 水 分 别 配 置 0. 05、0. 1、
0. 2、0. 5 和 1. 0 mol / L 的 NaCl 溶 液，并 用 0. 1 mol / L 的 NaOH 溶 液 调 节 pH 至 9. 0。 采 用 三 电 极 体 系，利 用 IMex6. 0 电化学测试系统从阴极区开始扫描，扫描 速率为 0. 5 mV / s，观察极化曲线随 Cl － 浓度变化的规 律，实 验 后 用 Polywar-MET 立 式 金 相 光 学 显 微 镜 （ OM） 观察表面形貌，分 析 Cl － 对 X70 和 X80 钢 的 腐 蚀规律。
表 1 实验材料的化学成分（ 质量分数，%） Table 1 Composition of experimental steels （ mass fraction，%）
Steel
C
Si
Mn
P
Ni
Mo
Cu
Alt
Nb
V
Ti
Fe
X70
0. 06
0. 25
1. 66
0. 008
0. 18
0. 1
0. 20
0. 026
low concentration and only obvious pitting corrosion of X80 steel in the NaCl solution of high-concentration is observed and corrosion degree of X80 steel is less than that of X70 steel in same concentration solution． The adsorption ability of SO4 2 － on the surface of metal is stronger than Cl － ，a small amount of SO4 2 － that adsorbs on the surface of metal to cause higher local content of Cl － causes more pitting， however a large amount of SO4 2 － can cover on the surface of metal to hinder the influence of Cl － ． X70 steel is more sensitive to the effect of SO4 2 － and Cl － compared with X80 steel，and X80 steel exhibits higher corrosion resistance than X70 steel． Key words： pipeline steels； polarization curves； electrochemical impedance spectroscopy； microstructure
蚀 信 息 和 连 续 跟 踪 金 属 电 极 表 面 状 况 的 变 化 ，具 有 快 速 、灵 敏 度 高 等 特 点 ，在 研 究 腐 蚀 机 理 、测 定 腐 蚀 速 率 等领 域 具 有 广 泛 的 应 用［4］。 在 管 线 钢 的 腐 蚀 研 究 中，前人多集中在 X70 及更 低 级 别 的 管 线 钢，腐 蚀 环 境 大 多 是 中 性 土 壤 环 境 ，利 用 极 化 曲 线 测 量 腐 蚀 速 率 时 ，也 多 采 用 塔 菲 尔 外 推 法 ，但 是 ，这 种 方 法 极 化 大 、测 试 时 间 长 ，受 金 属 表 面 状 态 及 表 层 溶 液 成 分 影 响 大 ，致 使 测 试 精 度 较 差［5-6］。 本 文 针 对 我 国 管 线 钢 的 实 际 服 役 环 境 ，采 用 模 拟 西 部 典 型 土 壤 理 化 性 质 的 强 碱 性 环 境 ，利 用 稳 定 性 更 好 的 弱 极 化 区 测 量 技 术 ，用 回 归 三 点 法 编 程 测 量 腐 蚀 速 率 ，再 综 合 交 流 阻 抗 谱 、扫 描 电 镜 和 透 射 电 镜 等 多 种 方 法 ，研 究 X70 和 X80 两 种 高 钢 级 管 线 钢 在 不 同 浓 度 的
利用线切割将 X70、X80 钢 板 加 工 成 10 mm × 10 mm 的正方形试样，图 1 为 电 化 学 测 试 实 验 样 品 示 意 图，将导 线 焊 接 在 一 个 非 工 作 面 上，留 出 10 mm × 10 mm 工作面，其余面均 用 环 氧 树 脂 涂 封。 将 试 样 工 作 面 用 砂 纸 逐 级 打 磨 ，经 蒸 馏 水 清 洗 ，无 水 乙 醇 除 水 ，丙 酮 除 油 后 热 风 烘 干 ，放 入 干 燥 箱 中 备 用 。
0. 04
0. 029 0. 012
Bal．
X80
0. 04
0. 25
1. 85
0. 006
0. 3
0. 21
0. 22
0. 048
0. 067
0. 023
0. 013
Bal．
电化学测试 系 统 为 德 国 产 IMex6. 0 电 化 学 工 作 站，采用三电极电 解 池 体 系，参 比 电 极 为 饱 和 甘 汞 电 极 ，辅 助 电 极 为 铂 电 极 。
表 2 库尔勒地区土壤主要理化性质 （ 质量分数，%） ［7］ Table 2 Physical and chemical properties of KuErLe area soil （ mass fraction，%） ［7］
Total amount
Soil depth / m pH
Cl － /%
of salts / %
0
8. 78 2. 8195 0. 8871
SO42 － /% HCO3 － /% Ca2 + /% 0. 9058 0. 0074 0. 0074
0. 5 8. 88 0. 7429 0. 1702 0. 3065 0. 0053 0. 0888
1. 0 9. 38 0. 532 0. 2317 0. 0982 0. 0106 0. 0044
（ Key Laboratory of Nonferrous Metal Materials Science and Engineering，Ministry of Education，
Central Souch University，Changsha 410083，China）
Abstract： Corrosion mechanism and corrosion process of Cl － and SO4 2 － ions on grade X70 and X80 pipeline steels were studied by means of polarization curves， electrochemical impedance spectroscopy， OM， SEM and TEM． The results show that Cl － has a strong penetrability，leading to pitting corrosion． The corrosion current density of the steels increases and pitting and general corrosion is aggravated with the increase of Cl － concentration in the solution． Pitting and general corrosion of X70 steel occurs in the NaCl solution of
图 1 电化学测试实验样品示意图 Fig． 1 Schematic illustration for electrochemical test
表 2 为库尔勒地区土壤 主 要 的 理 化 性 质，从 表 2 中可知，库尔勒地区土壤主要含 Cl － 和 SO4 2 － ，其他离 子含量 极 少，Cl － 和 SO4 2 － 是 土 壤 中 对 腐 蚀 影 响 最 大 的离子，因此暂不考虑其他 离 子 的 影 响，只 考 虑 Cl － 、 SO4 2 － 及 pH 等来配置库尔勒土壤模拟液。
摘 要： 通过极化曲线和交流阻抗谱测试以及 OM 表面腐蚀形貌观察、SEM 和 TEM 的组织观 察，研 究 了 Cl － 和 SO4 2 － 离 子 对 X70 和 X80 两种管线钢腐蚀过程的作用机 理 与 规 律。 结 果 表 明： Cl － 有 强 穿 透 性，极 易 引 起 点 蚀，两 种 钢 的 自 腐 蚀 电 流 密 度 都 随 着 Cl － 浓度的增大而增大，点蚀和全面腐蚀也随之进一步加剧，X70 钢在较低浓度的 NaCl 溶 液 中 出 现 全 面 腐 蚀 和 点 蚀 ，X80 钢 仅 在 高浓度 NaCl 溶液中出现明显的点蚀，且在各种不同浓度溶液中腐蚀程度均没有 X70 钢严重。SO4 2 － 在金属表面吸附能力比 Cl － 强， 少量 SO4 2 － 在金属表面的吸附，造成 Cl － 的局部含量高，更易引起点蚀，而大量 SO4 2 － 在金属基体表面覆盖，能阻碍 Cl － 的影响。X80 钢比 X70 钢有更强的耐腐蚀性，X70 钢对 SO4 2 － 和 Cl － 的作用更为敏感。 关键词： 管线钢； 极化曲线； 交流阻抗谱； 显微组织
材料热处理学报
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Vol ． 3 2 No ． 1 0 October 2 0 1 1
X70 和 X80 管线钢的电化学腐蚀行为
李红英， 康 巍， 胡继东， 刘 洋
（ 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南 长沙 410083）
152
材料热处理学报
第 32 卷
Cl － 和 SO4 2 － 腐 蚀 液 中 的 腐 蚀 规 律 ，探 索 腐 蚀 机 理 ， 为高级管 线 钢 在 西 部 土 壤 腐 蚀 环 境 中 的 服 役 提 供 基础数据和理论依据。
1 实验材料、设备和方法
选取 X70、X80 两 种 高 钢 级 管 线 钢，表 1 为 实 验 材料的化学成分。
用分析纯 NaCl 和去 离 子 水 分 别 配 置 0. 05、0. 1、
0. 2、0. 5 和 1. 0 mol / L 的 NaCl 溶 液，并 用 0. 1 mol / L 的 NaOH 溶 液 调 节 pH 至 9. 0。 采 用 三 电 极 体 系，利 用 IMex6. 0 电化学测试系统从阴极区开始扫描，扫描 速率为 0. 5 mV / s，观察极化曲线随 Cl － 浓度变化的规 律，实 验 后 用 Polywar-MET 立 式 金 相 光 学 显 微 镜 （ OM） 观察表面形貌，分 析 Cl － 对 X70 和 X80 钢 的 腐 蚀规律。
表 1 实验材料的化学成分（ 质量分数，%） Table 1 Composition of experimental steels （ mass fraction，%）
Steel
C
Si
Mn
P
Ni
Mo
Cu
Alt
Nb
V
Ti
Fe
X70
0. 06
0. 25
1. 66
0. 008
0. 18
0. 1
0. 20
0. 026
low concentration and only obvious pitting corrosion of X80 steel in the NaCl solution of high-concentration is observed and corrosion degree of X80 steel is less than that of X70 steel in same concentration solution． The adsorption ability of SO4 2 － on the surface of metal is stronger than Cl － ，a small amount of SO4 2 － that adsorbs on the surface of metal to cause higher local content of Cl － causes more pitting， however a large amount of SO4 2 － can cover on the surface of metal to hinder the influence of Cl － ． X70 steel is more sensitive to the effect of SO4 2 － and Cl － compared with X80 steel，and X80 steel exhibits higher corrosion resistance than X70 steel． Key words： pipeline steels； polarization curves； electrochemical impedance spectroscopy； microstructure
蚀 信 息 和 连 续 跟 踪 金 属 电 极 表 面 状 况 的 变 化 ，具 有 快 速 、灵 敏 度 高 等 特 点 ，在 研 究 腐 蚀 机 理 、测 定 腐 蚀 速 率 等领 域 具 有 广 泛 的 应 用［4］。 在 管 线 钢 的 腐 蚀 研 究 中，前人多集中在 X70 及更 低 级 别 的 管 线 钢，腐 蚀 环 境 大 多 是 中 性 土 壤 环 境 ，利 用 极 化 曲 线 测 量 腐 蚀 速 率 时 ，也 多 采 用 塔 菲 尔 外 推 法 ，但 是 ，这 种 方 法 极 化 大 、测 试 时 间 长 ，受 金 属 表 面 状 态 及 表 层 溶 液 成 分 影 响 大 ，致 使 测 试 精 度 较 差［5-6］。 本 文 针 对 我 国 管 线 钢 的 实 际 服 役 环 境 ，采 用 模 拟 西 部 典 型 土 壤 理 化 性 质 的 强 碱 性 环 境 ，利 用 稳 定 性 更 好 的 弱 极 化 区 测 量 技 术 ，用 回 归 三 点 法 编 程 测 量 腐 蚀 速 率 ，再 综 合 交 流 阻 抗 谱 、扫 描 电 镜 和 透 射 电 镜 等 多 种 方 法 ，研 究 X70 和 X80 两 种 高 钢 级 管 线 钢 在 不 同 浓 度 的
利用线切割将 X70、X80 钢 板 加 工 成 10 mm × 10 mm 的正方形试样，图 1 为 电 化 学 测 试 实 验 样 品 示 意 图，将导 线 焊 接 在 一 个 非 工 作 面 上，留 出 10 mm × 10 mm 工作面，其余面均 用 环 氧 树 脂 涂 封。 将 试 样 工 作 面 用 砂 纸 逐 级 打 磨 ，经 蒸 馏 水 清 洗 ，无 水 乙 醇 除 水 ，丙 酮 除 油 后 热 风 烘 干 ，放 入 干 燥 箱 中 备 用 。
0. 04
0. 029 0. 012
Bal．
X80
0. 04
0. 25
1. 85
0. 006
0. 3
0. 21
0. 22
0. 048
0. 067
0. 023
0. 013
Bal．
电化学测试 系 统 为 德 国 产 IMex6. 0 电 化 学 工 作 站，采用三电极电 解 池 体 系，参 比 电 极 为 饱 和 甘 汞 电 极 ，辅 助 电 极 为 铂 电 极 。
表 2 库尔勒地区土壤主要理化性质 （ 质量分数，%） ［7］ Table 2 Physical and chemical properties of KuErLe area soil （ mass fraction，%） ［7］
Total amount
Soil depth / m pH
Cl － /%
of salts / %
0
8. 78 2. 8195 0. 8871
SO42 － /% HCO3 － /% Ca2 + /% 0. 9058 0. 0074 0. 0074
0. 5 8. 88 0. 7429 0. 1702 0. 3065 0. 0053 0. 0888
1. 0 9. 38 0. 532 0. 2317 0. 0982 0. 0106 0. 0044
（ Key Laboratory of Nonferrous Metal Materials Science and Engineering，Ministry of Education，
Central Souch University，Changsha 410083，China）
Abstract： Corrosion mechanism and corrosion process of Cl － and SO4 2 － ions on grade X70 and X80 pipeline steels were studied by means of polarization curves， electrochemical impedance spectroscopy， OM， SEM and TEM． The results show that Cl － has a strong penetrability，leading to pitting corrosion． The corrosion current density of the steels increases and pitting and general corrosion is aggravated with the increase of Cl － concentration in the solution． Pitting and general corrosion of X70 steel occurs in the NaCl solution of
图 1 电化学测试实验样品示意图 Fig． 1 Schematic illustration for electrochemical test
表 2 为库尔勒地区土壤 主 要 的 理 化 性 质，从 表 2 中可知，库尔勒地区土壤主要含 Cl － 和 SO4 2 － ，其他离 子含量 极 少，Cl － 和 SO4 2 － 是 土 壤 中 对 腐 蚀 影 响 最 大 的离子，因此暂不考虑其他 离 子 的 影 响，只 考 虑 Cl － 、 SO4 2 － 及 pH 等来配置库尔勒土壤模拟液。
摘 要： 通过极化曲线和交流阻抗谱测试以及 OM 表面腐蚀形貌观察、SEM 和 TEM 的组织观 察，研 究 了 Cl － 和 SO4 2 － 离 子 对 X70 和 X80 两种管线钢腐蚀过程的作用机 理 与 规 律。 结 果 表 明： Cl － 有 强 穿 透 性，极 易 引 起 点 蚀，两 种 钢 的 自 腐 蚀 电 流 密 度 都 随 着 Cl － 浓度的增大而增大，点蚀和全面腐蚀也随之进一步加剧，X70 钢在较低浓度的 NaCl 溶 液 中 出 现 全 面 腐 蚀 和 点 蚀 ，X80 钢 仅 在 高浓度 NaCl 溶液中出现明显的点蚀，且在各种不同浓度溶液中腐蚀程度均没有 X70 钢严重。SO4 2 － 在金属表面吸附能力比 Cl － 强， 少量 SO4 2 － 在金属表面的吸附，造成 Cl － 的局部含量高，更易引起点蚀，而大量 SO4 2 － 在金属基体表面覆盖，能阻碍 Cl － 的影响。X80 钢比 X70 钢有更强的耐腐蚀性，X70 钢对 SO4 2 － 和 Cl － 的作用更为敏感。 关键词： 管线钢； 极化曲线； 交流阻抗谱； 显微组织
