采用光學(xué)顯微鏡（OM）和電化學(xué)測試等方法研究了X90管線鋼及其焊縫的顯微組織和在不同溫度近中性模擬土壤溶液中電化學(xué)腐蝕行為,分析了溫度對其電化學(xué)腐蝕行為的影響。結(jié)果表明:X90管線鋼母材的顯微組織為粒狀貝氏體和少量多邊形鐵素體,焊縫的顯微組織為針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體;隨著測試溫度的升高,母材和焊縫的開路電位向負(fù)方向移動,材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性下降,腐蝕傾向增加;母材和焊縫的極化曲線具有陽極溶解特征,無明顯的鈍化區(qū),隨著測試溫度的升高,母材和焊縫的腐蝕電流密度增大,極化電阻減小,耐蝕性下降;在相同測試溫度下,焊縫的腐蝕速率大于母材的,說明焊縫的耐蝕性較差;在測試環(huán)境中,X90管線鋼的腐蝕過程主要受陰極擴散控制。 

【文章來源】：腐蝕與防護. 2020,41(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

X90管線鋼母材和焊縫的顯微組織

圖3為X90管線鋼母材和焊縫在不同溫度近中性模擬土壤溶液中的極化曲線�？梢姡覆暮秃缚p均表現(xiàn)為陽極溶解特征，無明顯的鈍化區(qū)。隨著測試溫度的升高，母材和焊縫的極化曲線向右下方移動，這說明材料的自腐蝕電位降低，電化學(xué)穩(wěn)定下降，發(fā)生腐蝕的趨勢增加。自腐蝕電位是試樣表面沒有電荷積累，凈電流等于零時的極化電位，此時陽極電流密度等于陰極電流密度。在近中性的模擬土壤溶液中，X90管線鋼母材在25、45、60、75℃時的自腐蝕電位分別為-707、-733、-765、-818mV，焊縫的自腐蝕電位分別為-735、-754、-769、-823mV�？梢�，在不同溫度的近中性模擬土壤溶液中，X90管線鋼母材和焊縫的自腐蝕電位由高到低依次為25℃>45℃>60℃>75℃。根據(jù)式（1）對X90管線鋼母材和焊縫的極化曲線進行擬合，得到的電化學(xué)參數(shù)列于表1。可見，在近中性的模擬土壤溶液中，隨著溫度的升高，材料的自腐蝕電流密度增大，這說明其腐蝕速率增大。在25、45、60、75℃時，母材的自腐蝕電流密度分別為10.12、12.08、15.07、20.74μA/cm2，焊縫的自腐蝕電流密度分別為12.35、15.32、19.27、25.23μA/cm2。在測試溫度范圍內(nèi)，X90管線鋼母材和焊縫的陰極Tafel常數(shù)明顯大于陽極Tafel常數(shù)，這說明在材料的腐蝕過程中陰極反應(yīng)的影響大于陽極反應(yīng)的[16]。由法拉第第二定律可知，自腐蝕電流密度越大，材料的腐蝕速率越大，相應(yīng)的耐蝕性就越差[1]。由于焊接是一個冶金過程，在焊縫成型過程中，焊縫附近的金屬相當(dāng)于經(jīng)歷了不同溫度的熱處理，焊接過程的瞬時性和溫度分布不均性導(dǎo)致熱影響區(qū)和焊縫的組織結(jié)構(gòu)和成分存在差異，此外焊縫的冷卻速率較快，導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)存在較多的晶格缺陷，電化學(xué)活性較高，易于發(fā)生腐蝕[11,15]。因此，在不同溫度的近中性模擬土壤溶液中，X90管線鋼母材和焊縫的耐蝕性依次為25℃>45℃>60℃>75℃。

對電化學(xué)阻抗譜進行擬合可獲得腐蝕過程的極化電阻Rp(Rp=Rt+Rs），材料的極化電阻值越大，其耐蝕性能越好。由表2可見，隨著溫度的升高，母材和焊縫的溶液電阻和電荷傳遞電阻呈現(xiàn)減小趨勢，相同測試溫度下母材的溶液電阻和電荷傳遞電阻均大于焊縫的；當(dāng)測試溫度為25、45、60、75℃時，母材的極化電阻值分別為1 540.2、912.2、795.4、550.7Ω·cm2，焊縫的極化電阻值分別為952.4、805.8、706.4、519.3Ω·cm2，這說明隨著測試溫度的升高，材料的耐蝕性變差，且母材的耐蝕性優(yōu)于焊縫的。在電化學(xué)阻抗譜中，容抗弧并不是完整的半圓，其圓心位于阻抗復(fù)平面的第四象限，這說明腐蝕過程中存在著嚴(yán)重的彌散效應(yīng)，彌散效應(yīng)通常由電極表面的不平整引起[19-20]。隨著溫度的升高，X90管線鋼母材和焊縫的彌散指數(shù)n呈現(xiàn)減小趨勢，n減小，說明彌散效應(yīng)增大。在75℃近中性模擬土壤溶液中，母材和焊縫的n值最小，說明X90管線鋼在75℃下有較大的彌散效應(yīng)。圖5 在不同溫度下X90管線鋼母材和焊縫電化學(xué)阻抗譜的等效電路圖

【參考文獻】：
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