埋地管线的近中性应力腐蚀

应力腐蚀开裂(SCC)已成为埋地高压油气管道安全运行的隐患之一。本文结合加拿大近中性应力腐蚀开裂的现场调查和实验室相关研究结果,对近中性SCC的特征、识别方法、影响因素及其检测与预测模型进行了概述,以增加对近中性SCC的了解,对我国油气管道可能出现的SCC事故的预防和预测有重要意义。     

埋地管线剥离覆盖层下阴极保护的有效性

由微小缝隙模拟管线剥离覆盖层（涂层）下的局部电化学环境，用微电极技术测量了缝隙内局部电位及pH的分布，研究了缝口阴极保护电位、剥离区几何形状、溶液电导率等因素对剥离区内部局部环境及阴极保护水平的影响。结果表明，剥离区内电位降（电位梯度）主要集中在破损口附近，而剥离区深处接近自然腐蚀状态；剥离区内有效保护距离随缝口保护电位负移而增加，但缝口过保护并不能有效提高剥离区保护效果。阴极保护可使剥离区局部电化学环境pH升高、电导率增大。     

酸性土壤环境中剥离涂层下X80钢应力腐蚀行为及机理

目的研究酸性土壤环境中剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀行为及机理。方法采用电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验和腐蚀形貌扫描电子显微镜观察,对服役于鹰潭土壤环境的X80管线钢在剥离涂层下滞留液中的应力腐蚀行为及机理进行了分析研究。结果 X80管线钢在剥离涂层下的滞留液中具有一定的SCC敏感性,应力腐蚀开裂类型属于TGSCC,敏感性较大位置为近漏点处、剥离区中下部及剥离区底部,且近漏点处滞留液体系中X80钢的SCC机理受阳极溶解(AD)机制控制,剥离区底部滞留液中SCC机理受阳极溶解+氢脆(AD+HE)的混合机制控制。结论服役于酸性土壤中的X80管线钢在外防腐涂层破损后,除开放破损处将发生腐蚀外,剥离涂层下的管线钢还会存在一定的应力腐蚀敏感性。     

阴极保护管线破损涂层下高pH环境形成规律

采用模拟闭塞电池装置和自制的微型pH和Cl^-选择电极研究外部钢电位、闭塞区电流密度、闭塞度、时间及温度等因素对管线破损涂层下高pH环境形成的影响。获得微区内pH值上升和Cl^-浓度下降的数学模型。     

涂层剥离条件下X70管线钢的应力腐蚀裂纹萌生行为

通过循环载荷实验,研究了管道涂层剥离条件下,阴极保护电位对X70管线钢在近中性pH值溶液(NS4溶液)中应力腐蚀裂纹萌生的影响.利用SEM观察了距涂层剥离口不同距离处的应力腐蚀裂纹的萌生情况.结果表明,外加-850 mV阴极保护电位时,剥离涂层下样品表面裂纹的萌生程度随距离涂层开裂口长度的增加而逐渐减轻;外加-1000 mV阴极保护电位时,剥离涂层下样品表面裂纹的萌生程度随距离涂层开裂口长度的增加而稍有增加,但缝隙内各个位置的裂纹萌生程度低于-850 mV极化电位下缝隙内部相应位置的裂纹萌生程度;涂层的剥离降低了阴极保护的效果,要达到涂层完整时的阴极保护效果,则需要使阴极保护电位适当负移.     

NaCl薄液膜下不锈钢腐蚀行为研究

利用Kelvin探针参比电极技术和电化学阻抗方法研究了不锈钢在不同厚度NaCl薄液膜下的腐蚀行为.结果表明:在0.35%NaCl液膜厚度7～90 μm范围内,随着液层厚度的增大,不锈钢在薄液膜下腐蚀的氧扩散控制特征越显著,而且氧还原反应极限电流逐渐降低;3.5%NaCl薄液膜下阻抗测得的溶液电阻随着液膜增厚而首先迅速降低然后趋于平稳;在液层较厚时(425～120 μm)随着液层厚度的减小,腐蚀速度受氧扩散控制逐渐增大;液层厚度减薄至40～120 μm区间,由于阳极反应受抑制和阴极反应加速的共同影响腐蚀速度会出现极小值;液层厚度非常薄(20 μm以下)时由于电流分布不均匀抑制了氧还原,腐蚀速度很低.     

NaCI薄液膜下不锈钢腐蚀行为研究

利用Kelvin探针参比电极技术和电化学阻抗方法研究了不锈钢在不同厚度NaCI薄液膜下的腐蚀行为．结果表明：在0．35％NaCl液膜厚度7～90μm范围内,随着液层厚度的增大,不锈钢在薄液膜下腐蚀的氧扩散控制特征越显著,而且氧还原反应极限电流逐渐降低;3．5％NaCI薄液膜下阻抗测得的溶液电阻随着液膜增厚而首先迅速降低然后趋于平稳;在液层较厚时（425～120μm）随着液层厚度的减小,腐蚀速度受氧扩散控制逐渐增大;液层厚度减薄至40～120μm区间,由于阳极反应受抑制和阴极反应加速的共同影响腐蚀速度会出现极小值;液层厚度非常薄（20μm以下）时由于电流分布不均匀抑制了氧还原,腐蚀速度很低．     

7020铝合金应力腐蚀开裂特征

采用断裂力学双悬臂梁(DCB)试样,对高强度7020铝合金的应力腐蚀开裂(SCC)特征进行了研究。结果表明,7020铝合金在含Cl-的水溶液中对SCC敏感,板料的Z-X和Z-Y方向有SCC裂纹萌生,裂纹开始萌生的时间较长,扩展速度较慢;温度升高后,裂纹扩展速度明显加快。SCC裂纹的特征为水平扩展,表面有呈台阶式不连续扩展和群集现象,开裂面为沿晶扩展。     

应变速率及环境介质对Zn-Cu-Ti合金应力腐蚀行为的影响

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)等方法研究了挤压态Zn-1.0Cu-0.2Ti(wt%)合金在空气、自来水及3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为及应变速率对合金SCC行为的影响。结果表明,应变速率为1×10-6s-1时,合金的SCC敏感性最大;在1×10-6s-1的应变速率下,合金在自来水与3.5%NaCl溶液中的SCC敏感性比空气中弱。     

电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为I—O2对纯镁在薄液膜下腐蚀行为的影响

用电化学法研究了纯镁在未除氧和除氧的下不同厚度薄液膜下的腐蚀行为．结果表明：薄液膜下纯镁腐蚀的阴极过程受氢还原控制;液膜厚度的减小使其阴极过程和阳极过程都受到抑制,对阳极过程影响很大．氧气的存在对阳极过程的影响很大,并使得纯镁表面易于生成表面膜,表面膜更加连续和致密．     

电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为 Ⅰ-O2对纯镁在薄液膜下腐蚀行为的影响

用电化学法研究了纯镁在未除氧和除氧的下不同厚度薄液膜下的腐蚀行为.结果表明:薄液膜下纯镁腐蚀的阴极过程受氢还原控制;液膜厚度的减小使其阴极过程和阳极过程都受到抑制,对阳极过程影响很大.氧气的存在对阳极过程的影响很大,并使得纯镁表面易于生成表面膜,表面膜更加连续和致密.     

利用电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为Ⅱ-薄液膜对纯镁腐蚀阳极过程的影响

利用电化学噪声研究了纯镁在不同厚度薄液膜下的腐蚀行为.结果表明:与本体溶液相比,薄液膜对纯镁腐蚀的阳极过程有使点蚀的孕育速度减缓作用的同时还有使点蚀生长的概率增加的作用;薄液膜下纯镁表面产生的亚稳态点蚀牛长成稳态点蚀的概率比本体溶液下的大.点蚀孕育速度比点蚀生长概率对阳极过程的影响更大;这导致r薄液膜下纯镁腐蚀的阳极过程减缓.     

铜在含氯薄液膜和杂色曲霉作用下的腐蚀行为

目的 研究纯铜在含氯液膜和霉菌共同作用下的腐蚀行为与机理。方法 将海南文昌采集的一株野生杂色曲霉接种到质量分数分别为0.9%和3.5%的NaCl溶液中制成孢子悬浮液,将孢子悬浮液均匀喷洒到铜试样表面后进行恒温恒湿试验,试验不同周期后采用体视学显微镜、扫描电子显微镜观察铜试样的腐蚀形貌,采用X射线光电子能谱仪分析试验14 d的试样表面和氩离子刻蚀15 s后的成分。结果 纯铜在NaCl薄液膜下的腐蚀产物具有明显的双层结构,内层靠近基体的为致密的Cu2O钝化层,外层为疏松的Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl组成的Cu(II)碱式盐;无菌时,铜表面出现大量蓝绿色的Cu(II)碱式盐,杂色曲霉存在时,铜表面腐蚀产物主要为红棕色的Cu2O钝化膜,仅有少量Cu(II)碱式盐零星分布在Cu2O膜外层;0.9% NaCl薄液膜与霉菌共同作用时,试样表面腐蚀产物主要为Cu2O,当薄液膜中盐的质量分数升高到3.5%时,霉菌数量减少,Cu(II)碱式盐较0.9% NaCl薄液膜组增多。结论 纯铜的腐蚀产物由内层的Cu2O钝化层、外层的Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl组成双层结构。杂色曲霉通过呼吸作用影响液膜中的O2浓度进而影响铜的腐蚀产物组成,霉菌存在时腐蚀产物中Cu(II)碱式盐显著减少。含氯液膜与霉菌共同作用时,液膜中的NaCl浓度通过影响杂色曲霉的生长活性而影响腐蚀产物组成。     

交流杂散电流对X70管线钢3PE防腐层下腐蚀及剥离行为的影响

目的 明确交流杂散电流对埋地管线防腐层剥离和破损处防腐层下腐蚀的影响规律及其导致防腐层剥离的作用机理。方法 通过基于COMSOL Multiphysics有限元仿真、交流阻抗谱分析及三维体式显微镜观测等方法,研究在格尔木土壤模拟溶液中,交流杂散电流干扰下,X70钢表面3PE防腐层剥离处的防腐层下腐蚀及剥离机理。结果 由于防腐层破损点和剥离区域的存在,使得防腐层的防护性能明显降低,交流杂散电流在初始预留剥离处的X70钢表面呈不均匀分布,破损点处所分布电流密度明显高于剥离区边缘处。杂散电流引起的腐蚀反应主要集中在防腐层破损点处,而处于预留剥离区域下方的X70钢表现出缝隙腐蚀的现象。防腐层破损点处的腐蚀坑深度随电流密度的增加而逐渐变深,而当交流电流密度由0 A/m2增加到100 A/m2时,防腐层剥离面积明显增大,此后,当电流密度继续增大,剥离面积基本保持不变。当施加的交流电流密度相同时,随着防腐层剥离面积的减小,杂散电流造成的防腐层剥离面积增大,X70钢试样上的最大腐蚀坑略微加深。结论 造成防腐层剥离的交流杂散电流存在临界电流密度值,使得防腐层剥离面积达到最大且之后保持不变。防腐层初始剥离面积较小时,交流电所造成的X70钢腐蚀及防腐层剥离行为更为严重。     

液膜厚度对固态超滑表面在薄液膜下腐蚀行为的影响

利用电沉积法在低碳钢表面上构建了多孔微纳结构并灌注润滑剂制备出一种稳定的固态超滑表面(SSS)。采用电化学测试,扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段研究不同液膜厚度(500,250,100和50μm)下SSS腐蚀防护行为及腐蚀后的微观结构变化规律。结果表明：在薄液膜腐蚀初期,随着薄液膜厚度的降低,SSS的腐蚀行为呈现较小差异,在100μm厚度时SSS具有最大的阻抗,浸泡1 d后极限扩散电流密度为4.899×10^-6 A·cm^-2 (在-1.4 V电位下),拟合后的阻抗值达到1.54×10⁵Ω·cm²;即使浸泡7 d后仍具有6.98×10⁴Ω·cm²的阻抗值,并难以检测到腐蚀产物的生成,表现出优异的稳定性和耐蚀性。     

应用电化学方法原位研究薄液膜下青铜的大气腐蚀行为(英文)

采用阴极极化曲线、开路电位和电化学阻抗谱,监测青铜在不同薄液膜厚度下的大气腐蚀行为。阴极极化曲线结果表明,阴极极限电流密度随着液膜的减薄而增大。电化学阻抗谱结果表明,在腐蚀初期,腐蚀速率随着液膜的减薄而增加,这主要是由于腐蚀速率是由阴极过程控制的;随着时间的延长,腐蚀程度随着液膜厚度的变化从强到弱的趋势为:150μm,310μm,100μm,本体溶液,57μm。开路电位和电化学阻抗谱实验较好地再现了原位电化学腐蚀信息,且电化学结果与物理表征具有良好的一致性。     

纯水薄液膜下Q235钢潮湿时间的影响因素和腐蚀速度的磁阻研究

以温度、相对湿度和浸润时间为影响因素,研究了纯水薄液膜下Q235钢潮湿时间的影响规律,结合磁阻探头技术和作者提出的积分过滤算法（IFA）,分析了腐蚀早期阶段的腐蚀速度变化规律。首先将数据挖掘技术中的标准化处理引入了多变量影响因素分析,显著提高了结果的准确性。研究表明,温度和湿度对碳钢潮湿时间的影响远较浸润时间为大,且温度的影响与试样表面有无腐蚀产物相关。随着温度的提高,温度对清洁试样潮湿时间的影响逐渐加大,大致在20 ℃左右出现明显的转折;湿度对清洁试样潮湿时间的影响则随着温度的升高逐渐下降。通过磁阻探头技术计算得到的腐蚀速度的聚类分析,以20 ℃和相对湿度80%为分界点,大致将腐蚀速度分为两个区,即低和高腐蚀速度区,两区的腐蚀速度相差约4 倍左右。在低腐蚀速度区,实验观察到腐蚀初期可标识腐蚀历程转变的磁阻探头寿命单元（PLU）平台,而相应PLU平台在高腐蚀速度区则不明显,对相关的腐蚀机理作了初步的讨论。     

熔盐环境下热障涂层的等温热腐蚀行为研究

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）在镍基高温合金表面制备了YSZ/NiCoCrAlY双层结构热障涂层,研究了其在熔盐环境下的等温热腐蚀行为。结果表明,涂层在加热过程中发生相变引起体积收缩,导致涂层内部产生微裂纹。熔盐填充涂层内微裂纹和柱状晶间隙,降低了涂层的应变容限,引起涂层内应力升高。同时,熔盐促使热生长氧化层（TGO）碱性溶解,产生疏松多孔的氧化物层,导致TGO层加速增厚。在热应力作用下,疏松层氧化物破碎,最终导致涂层剥落。