X70钢在NaHCO3+NaCl溶液中的缝隙腐蚀行为及机理研究

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缝隙腐蚀是金属材料使用过程中广泛存在的局部腐蚀,它会对金属造成严重的损坏。我国的重大工程“西气东输”一期工程全程采用X70管线钢,在服役期间,这些埋地管线会不可避免的发生缝隙腐蚀。由于影响因素众多,腐蚀过程较为复杂,目前对于缝隙腐蚀的机理研究存在不同的说法。本论文以X70钢为研究对象,通过动电位扫描、恒电位极化、电化学阻抗、扫描电镜等方法研究其在土壤环境中的缝隙腐蚀行为。探讨了土壤中常见的两种阴离子Cl-、HCO3-以及缝隙外部电极电位的影响,还考虑到了腐蚀过程中的腐蚀产物(包括阳极固相产物和阴极气相产物)的影响。主要结论如下:(1)-0.4V恒电位极化下,缝隙内X70钢在NaHCO3溶液中可以发生局部腐蚀,腐蚀萌生部位由电位下降程度决定。缝口处首先发生酸化,并逐渐往缝底扩展,随着腐蚀的发展,酸化加剧,后期发生析氢反应。阴极反应则是由溶解氧的还原转变为氢离子的还原。溶液中HCO3-对X70钢起着钝化的作用,增加HCO3-浓度能明显改变缝内腐蚀的发展;加入Cl-后,缝内X70钢缝隙腐蚀的机理没有改变。但随着Cl-浓度的增大,缝内腐蚀速率增加,闭塞区酸化加快,腐蚀程度加深。(2)随着极化电位的提高,缝隙腐蚀发生得越晚,同时发展得越慢。缝隙内X70钢的腐蚀区域逐渐往缝底移动,同时发生点蚀。而缝隙腐蚀及点蚀的萌生区域由极化电位及电位下降的程度决定。(3)固相腐蚀产物对X70钢缝隙腐蚀的影响很大,在腐蚀初期,腐蚀产物膜覆盖完整但还不够致密,膜表面有很多孔隙,不仅不能保护基体,反而加速腐蚀,在腐蚀发生一段时间后,腐蚀产物膜才起到保护作用。当电位正移时,缝内主要生成的腐蚀产物由Fe(OH)2逐渐变成FeCO3,并且不同腐蚀产物堆积的结构也有很大差异。(4)X70钢缝隙腐蚀过程中的生成的氢气因缝隙的不同位置影响不同,当缝隙内电极表面朝上时,初期生成氢气较少,小的氢气泡降低了局部缝隙的有效缝高,增大了IR降,起到加速局部腐蚀的作用,当氢气泡足够大时,电极表面被氢气包裹,腐蚀停止;当缝隙内电极表面朝下时,氢气主要影响腐蚀产物膜的形成,因基体倾斜角度不同而造成不同影响。
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