埋地高强管线钢焊接接头显微组织的微区电化学研究

应用腐蚀宏观电化学和微区电化学测试技术，如扫描振动电极技术（SVET）、局部电化学阻抗 (LEIS)、扫描电化学显微镜（SECM）等，对X80、X120高强管线钢和X70高强管线钢（用于比较实验）的焊接接头不同区域的显微组织，在鹰潭酸性及库尔勒碱性盐渍土壤模拟溶液中的宏观电化学行为和微区电化学行为进行系统测试与研究，并结合扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱等材料微观组织结构和成分分析技术，研究以上焊接接头不同区域显微组织在土壤模拟溶液中腐蚀起始和发展过程中的微区电化学行为，即微区电位与局部交流阻抗变化与显微组织之间的关系，在分析焊接接头显微组织、腐蚀宏观电化学行为、微区电化学行为三者之间的内在关系的基础上，研究X80和X120焊接接头不同组织的腐蚀电化学的规律和机理，为长寿命、大口径高强管线钢的制备及焊接乃至实际应用奠定学科基础。

本文以西气东输为研究背景，主要研究了X80钢及其焊接接头模拟组织在鹰潭土壤和库尔勒土壤模拟溶液中的宏观和微观电化学行为，通过分析焊接接头显微组织与宏观腐蚀电化学行为、微区电化学行为之间的内在联系，研究了X80钢焊接接头不同组织的腐蚀电化学机理，取得了许多规律性和创新性成果，有助于对高强管线钢腐蚀机理更深层次的理解，可为管线钢材料的成分设计、组织优化、制备加工、焊接工艺、寿命预测以及其它的实际应用奠定学科基础。研究得到的主要结论有： . （1）X80钢热轧、淬火、正火和退火组织在鹰潭酸性土壤模拟溶液中晶粒内部作为阳极优先发生腐蚀溶解，热轧组织的铁素体晶界和各种热处理组织的原始奥氏体晶界以及第二相保留作为阴极，对晶粒内部的阳极溶解有加速作用，其形态、分布和面积比均对X80钢的相电化学腐蚀速率产生较大影响。. （2）X80钢热轧、淬火、正火和退火组织在不同Cl-浓度和不同pH值溶液中的阴、阳极反应机理相同，各种组织的宏观极化曲线差别不大。Cl-作为阳极溶解反应的催化剂，对X80钢及其各种热处理组织的阳极溶解具有加速作用，正火组织对Cl-的吸附量大于其余组织。. （3）各种组织在鹰潭土壤模拟溶液中的SVET电流密度大小顺序为：淬火组织>正火组织>热轧组织，淬火组织>正火组织>退火组织。针状铁素体组织晶粒内部的阳极溶解电流密度小于板条-粒状贝氏体和多边形-准多边形铁素体。. （4）X80钢渗碳试样最外侧高碳区和过共析层在鹰潭土壤模拟溶液中不腐蚀；共析层退化珠光体组织的铁素体基体发生腐蚀溶解，渗碳体保留；中心铁素体区的铁素体晶界和第二相保留，铁素体晶粒内部发生腐蚀溶解。Volta电位随着C含量的减少而升高，鹰潭模拟溶液中的SVET电流密度随着C含量的减少而降低。. （5）X80钢焊接热模拟组织由四个区域组成，从加热中心开始分别为粗晶区、细晶区、过渡区和母材。在鹰潭土壤模拟溶液中浸泡时，各个区域均为晶粒内部优先发生腐蚀，原始奥氏体晶界、铁素体晶界和第二相保留。加热中心的Volta电位最低，随着原始奥氏体晶粒尺寸的减小，Volta电位逐渐升高，在细晶区达到最高，到过渡区形成第二个Volta电位低谷，母材区重新升高。