拉应力作用下缝隙内管线钢腐蚀电化学机理及规律

Buried pipeline are always used under tensile stress, the coating is disbonded due to loss of adhesion, the pipeline steels under disbonded coating suffers crevice corrosion.Tensile stress influences the anode and cathode processes of metal inside the crevice, the information and protectiveness of corrosion product film, and further influences the crevice corrosion mechanism. In this project, a novel crevice corrosion electrochemical measurement setup under tensile stress was designed; the characteristics of crevice corrosion occurrence and development under different tensile stress are in-situ investigated using electrochemical noise technique; the change rules of chemical component of crevice solution, anodic dissolution rate of electrode inside the crevice, hydrogen evolution rate and the protectiveness of corrosion product film are studied using micro-electrode technique. The combined effect of tensile stress on corrosion electrochemical behaviors for pipeline steel inside the crevice is obtained. These research results provide data to protect the crevice corrosion of buried pipelines.

埋地管线钢在使用过程中不可避免得受到拉应力的作用，而防腐涂层因各种原因导致附着力损失，发生剥离，致使剥离涂层下管线钢发生缝隙腐蚀。拉应力的存在会影响缝内金属的阴阳极过程，腐蚀产物膜的生成与保护性，进而影响到缝隙内管线钢的腐蚀机理。因此，本项目设计了拉应力下缝隙内管线钢腐蚀电化学实验装置，在不同拉应力作用下，采用电化学噪声技术原位监测的管线钢缝隙腐蚀萌生和发展特征谱，利用微电极测试缝隙溶液化学成分、缝内电极阳极溶解、阴极析氢速率以及腐蚀产物膜保护性的变化规律，最终得到应力影响缝隙内管线钢腐蚀电化学行为的综合效应。为制定防止埋地管线缝隙腐蚀的措施提供数据支持。

根据应力腐蚀的作用机理，在模拟酸性土壤溶液中施加不同的拉应力，通过电化学手段，研究了拉应力对X80钢不同组织腐蚀行为的影响，讨论了拉应力对腐蚀行为的作用机理并提出了相应的腐蚀模型。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的影响。主要结论如下：.（1）拉应力使三种不同组织的X80管线钢腐蚀倾向增大，水淬组织对力学因素最敏感，油淬组织次之；三种组织阻抗特征相同，均由两个半圆弧组成，随着拉应力的增大，反应活性增大，反应电阻减小；原始组织腐蚀产物膜电阻Rf先增大后减小，腐蚀电流密度先减小后增大；水淬组织和油淬组织随应力增大不断减小，Icorr不断增大；拉应力使得位错在材料表面“露头”，阳极反应在该点优先溶解，反应活性增大，促进腐蚀产物的堆积；另一方面，拉应力使得腐蚀产物膜破裂，对基体保护性下降；水淬组织由于位错密度高而具有高的反应活性，油淬组织次之，原始组织最低。.（2）-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。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。固相腐蚀产物对X70钢缝隙腐蚀的影响很大，缝内的腐蚀产物主要起到保护基体的作用，缝外的腐蚀产物则引起严重的局部腐蚀，并且不同成分的腐蚀产物堆积形状不同。