D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.04.017 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 含αˉ，SO溶液中X70管线钢缝隙的阴极极化行为 张新)杜翠薇)李晓刚3)宋义全1 1)北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心，北京1000832)内蒙古科技大学材料科学与工程学院，包头014010 3)北京市腐蚀、磨蚀与表面工程重点实验室，北京100083 摘要研究了X70管线钢缝隙在含C1S0溶液中阴极极化行为.实验结果表明：在1000mV(CSE)缝口控电位下，随 着缝隙开口尺寸增大，缝隙尖端越靠近缝口控电位：在同一缝隙开口尺寸时，随着缝口控电位的增大，缝隙内越容易达到保护 状态·欠保护状态下，缝隙腐蚀会发生，缝隙内溶液H值降低：保护状态下，缝隙内溶液H值升高有碱化趋势. 关键词X70管线钢：氯离子：硫酸根离子；阴极保护 分类号TG172.2 目前世界上对输气管线普遍采用联合保护的方 式来防止输气管线外部腐蚀，联合保护指防腐涂层 1实验方法 与阴极保护同时使用。防腐涂层在生产、运输与施 实验材料为APIX70热轧钢板，其化学成分 工中无法保证不受损坏，另外，埋地管线的外防腐 (质量分数)为：C0.061%,Si0.24%,Mn1.53%, 蚀涂层在长时间使用过程中由于不断从环境中吸收 S0.0009%,P0.011%,余量为铁.实验采用的楔 水分，以及土壤应力山和生物降解等作用而导致失 形缝隙模拟构型是用环氧树脂将6片X70钢试片 效，还有一些人为的因素、技术应用不当]、机械碰 封装成一个100mmX45mm×10mm的矩形大试块 撞以及阴极剥离)等也会造成防护涂层的损坏，这 (如图1所示)，并将一有机玻璃板覆盖在该面上，其 将会造成各种各样的涂层缺陷，如起泡、开裂、剥 中将一端作为缝口暴露于腐蚀介质中，其余三端用 离等 704硅橡胶封好，在有机玻璃盖板上，对应X70钢 防腐涂层一旦发生剥离或破损，涂层与金属基 试片的位置开三个通孔，以插入盐桥及H-ISFET 体之间在产生缝隙，腐蚀介质通过缝口进入缝隙中， 传感器，在暴露于腐蚀介质端垫不同尺寸的胶带纸 导致缝隙内的金属发生缝隙腐蚀[闺，又由于缝隙深 用于控制缝隙开口尺寸，从缝口到缝尖，X70钢试 处保护电流难以到达以及高绝缘涂层的屏蔽作用， 片编号为1#~6# 将会使阴极保护的效果大大降低，不仅浪费能源，而 1515 15 15 15110, 且也使管线不能正常服役，使涂层缺陷处的钢基体 发生局部腐蚀乃至穿孔，使管线的使用寿命大大降 低甚至造成重大事故， 以往缝隙腐蚀的研究5]集中在普通的碳钢 (如Q235)及含有单一离子的溶液（如仅含有C1厂或 者S0)·X70钢是我国西气东输工程指定用钢 100 我国西部土壤为盐渍土和荒漠土，有很高的含盐量， 图1X70管线钢大块试样示意图（单位：m) 腐蚀性很强，本文选取新疆库尔勒地区土壤为背景 Fig.I Bulk sample of X70 pipeline steel (unit:mm) 土壤，根据土壤的理化性质配置模拟溶液（含有CI 和$0)，研究X70管线钢缝隙的阴极极化行为， 环氧封装的X70钢大试块在每次实验前用 150~1000号的金相砂纸依次打磨，用无水乙醇擦 收稿日期：2005-12-31修回日期：2006-06-08 洗后并吹干，然后封装如图2所示的缝隙模拟构型. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。,50301003:N。 实验采用PS一12型恒电位/电流仪控制电位，参比 50499333) 电极为饱和甘汞电极($CE),辅助电极为铂电极， 作者简介：张新(1979一)男，硕士研究生：杜翠薇(1972一)，女， 副教授，博士 按实验条件控制缝口电位(E),对楔形缝隙内X70
含 Cl －SO 2－ 4 溶液中 X70管线钢缝隙的阴极极化行为 张 新12） 杜翠薇13） 李晓刚13） 宋义全12） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心北京100083 2） 内蒙古科技大学材料科学与工程学院包头014010 3） 北京市腐蚀、磨蚀与表面工程重点实验室北京100083 摘 要 研究了 X70管线钢缝隙在含 Cl －、SO 2－ 4 溶液中阴极极化行为．实验结果表明：在－1000mV（CSE）缝口控电位下随 着缝隙开口尺寸增大缝隙尖端越靠近缝口控电位；在同一缝隙开口尺寸时随着缝口控电位的增大缝隙内越容易达到保护 状态．欠保护状态下缝隙腐蚀会发生缝隙内溶液 pH 值降低；保护状态下缝隙内溶液 pH 值升高有碱化趋势． 关键词 X70管线钢；氯离子；硫酸根离子；阴极保护 分类号 TG172∙2 收稿日期：20051231 修回日期：20060608 基金项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ No．50301003；No． 50499333） 作者简介：张 新（1979－）男硕士研究生；杜翠薇（1972－）女 副教授博士 目前世界上对输气管线普遍采用联合保护的方 式来防止输气管线外部腐蚀．联合保护指防腐涂层 与阴极保护同时使用．防腐涂层在生产、运输与施 工中无法保证不受损坏．另外埋地管线的外防腐 蚀涂层在长时间使用过程中由于不断从环境中吸收 水分以及土壤应力［1］和生物降解等作用而导致失 效还有一些人为的因素、技术应用不当［2］、机械碰 撞以及阴极剥离［3］等也会造成防护涂层的损坏这 将会造成各种各样的涂层缺陷如起泡、开裂、剥 离等． 防腐涂层一旦发生剥离或破损涂层与金属基 体之间在产生缝隙腐蚀介质通过缝口进入缝隙中 导致缝隙内的金属发生缝隙腐蚀［4］．又由于缝隙深 处保护电流难以到达以及高绝缘涂层的屏蔽作用 将会使阴极保护的效果大大降低不仅浪费能源而 且也使管线不能正常服役使涂层缺陷处的钢基体 发生局部腐蚀乃至穿孔使管线的使用寿命大大降 低甚至造成重大事故． 以往缝隙腐蚀的研究［5－8］ 集中在普通的碳钢 （如 Q235）及含有单一离子的溶液（如仅含有 Cl －或 者 SO 2－ 4 ）．X70钢是我国西气东输工程指定用钢． 我国西部土壤为盐渍土和荒漠土有很高的含盐量 腐蚀性很强．本文选取新疆库尔勒地区土壤为背景 土壤根据土壤的理化性质配置模拟溶液（含有 Cl － 和 SO 2－ 4 ）研究 X70管线钢缝隙的阴极极化行为． 1 实验方法 实验材料为 API X70热轧钢板其化学成分 （质量分数）为：C 0∙061％Si0∙24％Mn1∙53％ S0∙0009％P0∙011％余量为铁．实验采用的楔 形缝隙模拟构型是用环氧树脂将6片 X70钢试片 封装成一个100mm×45mm×10mm 的矩形大试块 （如图1所示）并将一有机玻璃板覆盖在该面上其 中将一端作为缝口暴露于腐蚀介质中其余三端用 704硅橡胶封好．在有机玻璃盖板上对应 X70钢 试片的位置开三个通孔以插入盐桥及 H ＋－ISFET 传感器．在暴露于腐蚀介质端垫不同尺寸的胶带纸 用于控制缝隙开口尺寸．从缝口到缝尖X70钢试 片编号为1＃～6＃． 图1 X70管线钢大块试样示意图（单位：mm） Fig．1 Bulk sample of X70pipeline steel （unit： mm） 环氧封装的 X70钢大试块在每次实验前用 150～1000号的金相砂纸依次打磨用无水乙醇擦 洗后并吹干然后封装如图2所示的缝隙模拟构型． 实验采用 PS－12型恒电位／电流仪控制电位参比 电极为饱和甘汞电极（SCE）辅助电极为铂电极． 按实验条件控制缝口电位（ E）对楔形缝隙内 X70 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．017
第4期 张新等：含☑，S0溶液中X70管线钢缝隙的阴极极化行为 387 钢试片进行阴极极化，并在不同时刻测量电位和电 0.15mm缝隙开口尺寸的缝隙内不同时间的电位分 流，极化一般持续30h,实验结束时用HT-ISFET 布曲线，从图中可以看到，沿缝隙深度存在显著的 传感器测量pH值，并目视检查X70试片表面腐蚀 电位梯度，施加缝口控电位初期，4~6电极之间 情况，实验采用含有CI厂和$O溶液.实验溶液 的电位差很小；但随时间延长，缝隙尖部逐渐形成电 是根据库尔勒土壤理化性质配制的，库尔勒土壤的 位梯度，30h后，缝隙内的电位分布趋于稳定.在其 理化性质为：pH=9.40,全盐0.5320%， 他实验条件下，缝隙内电位分布随时间的变化也符 C10.02317%,S00.0852%,暂不考虑其他离子 合上述规律，这一结果说明在缝口控电位等实验条 及pH值的影响，并以此为基准来配制溶液，用分析 件一定的情况下，缝隙内的电位梯度随时间逐渐减 纯NaCl、Na2SO4及去离子水配制溶液，经换算，本 小，电位分布趋于均匀 文中所有电位都是相对于硫酸铜电极(C$E)而言. -750 极化时间 箱助电极名配地装是原测量点 -800 --2h --6h -4-12h -850 --30h 有机玻璃板 模拟溶液 -900 -950 楔形缝隙 环氧树脂 X70试样 -1000 20 4060 80 100 图2缝隙腐蚀电池模型示意图 离缝口的距离/mm Fig-2 Schematic of a model crevice cell 图3电位随时间的分布图 2 实验结果及分析 Fig-3 Potential distribution with time 通过楔形缝隙池实验测量了含C1厂、SO溶液 2.2缝口控制电位影响 中阴极保护下缝隙内电位随时间的变化，并考察了 图4是在缝隙开口尺寸为0.15mm的楔形缝 缝口控电位(E)和缝隙开口尺寸（δ）对阴极保护下 隙在不同保护电位下缝隙内各位置电位分布图.从 缝隙内电位分布的影响，具体实验条件见表1.表1 图4(a)中可以看出，在缝隙开口尺寸为0.15mm的 中列出了实验时间(t)、实验结束时6*试样处溶液 楔形模拟缝隙构型中缝口控电位分别为一850， 的pH值(pHm)以及电位(Em)·由表中的数据可 -1000,一1150mV时，各体系各位置的电位比自 出得出，阴极保护使缝隙内溶液的pH值上升. 然腐蚀电位负移.在一850mV下极化6h时，体系 表1X70钢缝隙阴极保护实验条件及结果 是欠保护状态；而在一1000mV和-1150mV下极 Table 1 Experimental conditions and results of cathodic protection a 化6h时，体系已经达到保护状态，随着极化时间的 gainst crevice corrosion on steel 延长，缝口到缝尖的电位梯度逐渐减少，极化时间达 No. E/mV 8/mm t/h E6o/mv pHia 到30h后，各位置的电位趋于稳定，电位分布趋于 1 -850 0.15 30 -777 10.19443 均匀，在一850mV时，体系是欠保护状态，目视观 -1000 0.15 30 -924 10.93415 察X70试片表面变暗；而在一1000mV和 3 -1150 0.15 30 -1066 11.97527 一1150mV时，体系达到保护状态并且保护效果较 -1000 0.30 30 -961 11.88810 好，X70钢试片表面光亮 5 -1000 0.45 30 -973 11.78829 2.3缝隙开口尺寸的影响 碳钢的保护电位约为一850mV[),也就是当阴 图5是在-1000mV缝口控电位下，不同缝隙 极电流使钢的电极电位负移到低于一850mV时，钢 开口尺寸的电位分布图，从图中可以看出所有实验 就能够得到保护，从表1结果发现，在缝口控电位 缝隙开口尺寸为0.15,0.30,0.45mm时，在 为一850mV,缝内电极并未达到保护状态，其他状 一1000mV的情况下都达到保护状态，随着缝隙开 况下所有电极都达到保护状态 口尺寸的增加，在施加同样缝口控电位的相同时间 2.1电位随时间分布规律 里，缝隙深处的电位越低(<一850mV),保护效果 图3是在本实验溶液中E=-1000mV时， 越好，电位分布越均匀
钢试片进行阴极极化并在不同时刻测量电位和电 流．极化一般持续30h实验结束时用 H ＋－ISFET 传感器测量 pH 值并目视检查 X70试片表面腐蚀 情况．实验采用含有 Cl － 和 SO 2－ 4 溶液．实验溶液 是根据库尔勒土壤理化性质配制的．库尔勒土壤的 理 化 性 质 为：pH ＝ 9∙40全 盐 0∙532 0％ Cl －0∙02317％SO 2－ 4 0∙0852％暂不考虑其他离子 及 pH 值的影响并以此为基准来配制溶液．用分析 纯 NaCl、Na2SO4 及去离子水配制溶液．经换算本 文中所有电位都是相对于硫酸铜电极（CSE）而言． 图2 缝隙腐蚀电池模型示意图 Fig．2 Schematic of a model crevice cell 2 实验结果及分析 通过楔形缝隙池实验测量了含 Cl －、SO 2－ 4 溶液 中阴极保护下缝隙内电位随时间的变化并考察了 缝口控电位（ E）和缝隙开口尺寸（δ）对阴极保护下 缝隙内电位分布的影响具体实验条件见表1．表1 中列出了实验时间（ t）、实验结束时6＃试样处溶液 的 pH 值（pHfin）以及电位（ Efin）．由表中的数据可 出得出阴极保护使缝隙内溶液的 pH 值上升． 表1 X70钢缝隙阴极保护实验条件及结果 Table1 Experimental conditions and results of cathodic protection against crevice corrosion on steel No． E／mV δ／mm t／h Efin／mv pHfin 1 －850 0∙15 30 －777 10∙19443 2 －1000 0∙15 30 －924 10∙93415 3 －1150 0∙15 30 －1066 11∙97527 4 －1000 0∙30 30 －961 11∙88810 5 －1000 0∙45 30 －973 11∙78829 碳钢的保护电位约为－850mV ［9］也就是当阴 极电流使钢的电极电位负移到低于－850mV 时钢 就能够得到保护．从表1结果发现在缝口控电位 为－850mV缝内电极并未达到保护状态其他状 况下所有电极都达到保护状态． 2∙1 电位随时间分布规律 图3是在本实验溶液中 E＝－1000mV 时 0∙15mm缝隙开口尺寸的缝隙内不同时间的电位分 布曲线．从图中可以看到沿缝隙深度存在显著的 电位梯度．施加缝口控电位初期4＃～6＃电极之间 的电位差很小；但随时间延长缝隙尖部逐渐形成电 位梯度30h 后缝隙内的电位分布趋于稳定．在其 他实验条件下缝隙内电位分布随时间的变化也符 合上述规律．这一结果说明在缝口控电位等实验条 件一定的情况下缝隙内的电位梯度随时间逐渐减 小电位分布趋于均匀． 图3 电位随时间的分布图 Fig．3 Potential distribution with time 2∙2 缝口控制电位影响 图4是在缝隙开口尺寸为0∙15mm 的楔形缝 隙在不同保护电位下缝隙内各位置电位分布图．从 图4（a）中可以看出在缝隙开口尺寸为0∙15mm 的 楔形模拟缝隙构型中缝口控电位分别为－850 －1000－1150mV 时各体系各位置的电位比自 然腐蚀电位负移．在－850mV 下极化6h 时体系 是欠保护状态；而在－1000mV 和－1150mV 下极 化6h 时体系已经达到保护状态．随着极化时间的 延长缝口到缝尖的电位梯度逐渐减少极化时间达 到30h 后各位置的电位趋于稳定电位分布趋于 均匀．在－850mV 时体系是欠保护状态目视观 察 X70 试 片 表 面 变 暗；而 在 －1000 mV 和 －1150mV时体系达到保护状态并且保护效果较 好X70钢试片表面光亮． 2∙3 缝隙开口尺寸的影响 图5是在－1000mV 缝口控电位下不同缝隙 开口尺寸的电位分布图．从图中可以看出所有实验 缝隙 开 口 尺 寸 为 0∙150∙300∙45 mm 时在 －1000mV的情况下都达到保护状态．随着缝隙开 口尺寸的增加在施加同样缝口控电位的相同时间 里缝隙深处的电位越低（＜－850mV）保护效果 越好电位分布越均匀． 第4期 张 新等： 含 Cl －SO 2 4 － 溶液中 X70管线钢缝隙的阴极极化行为 ·387·
,388 北京科技大学学报 第29卷 800F() (b) 800 900 -900 缝口控电位 1000 -850mV 缝控地位 -1000 ◆--1000mV --850mV ---1000mV -1150mV 100 4--1150mV -1100 一保护电位 20 4060 80 100 204060 80 100 离缝口的距高m 离缝口的距高mm 图4同一缝隙开口尺寸下不同缝口控电位下电位分布.极化时间：(a)6h(b)30h Fig-4 Potential distributions at the same crevice size and different protection potentials:polarization time(a)6h:(b)30h -900 850上(a)开口尺寸. (b) --0.15mm 开口尺寸 -030mm --0.15mm -0.45mm -。-0.30mm 900 一保户电位 -▲-0.45mm -950 -950 -1000 -1000 20 40 60 100 20 406080100 逢口的距离mm 离键口的距离/mm 图5相同缝口控电位不同缝隙开口尺寸下电位分布.极化时间：(a)6h:(b)30h Fig-5 Potential distributions at the same protection potential and different crevice sizes:polarization time (a)6h:(b)30h 2.4极化状态下pH值的变化规律 下发生了腐蚀，在电极表面形成一层腐蚀产物 图6(a)是同一缝隙开口尺寸施加不同缝口控 膜2].由于这层膜比较致密，阻碍了腐蚀的进一步 电位时pH值的分布，图6(b)是在同一缝口控电位 发生，而溶解氧在外加阴极保护电流的作用下不断 不同缝隙开口尺寸时pH值分布，从图6(a)可以看 的消耗，OH厂不断生成，从而使缝隙内的pH值不断 出：同一缝隙开口尺寸(8=0.15mm)下，欠保护状 升高。外加阴极保护电流作用使溶解氧消耗不断生 态时，由于缝隙腐蚀发生，造成从缝口到缝尖H值 成OHˉ也可能是达到保护状态缝隙内pH值升高 下降且比本体溶液的pH值要低；在保护状态下，pH 的原因 值都升高，比本体溶液的pH值要高10，缝隙内 图6(b)在施加缝口控电位(E=一1000mV) 有碱化的趋势，而在欠保护状态下，缝隙深处（即 时，实验涉及到的缝隙开口尺寸0.15,0.3， 6#电极)pH值上升，可能是由于在初期欠保护状态 0.45mm,缝隙都能达到保护状态，缝隙内溶液的 2a) (b) 开口寸 -一0.511月 缝控巾位 ---850mV -0.30mm ---1000mV 10 0.45mm 4--1150mV 本体浮液 一本体溶液 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 药是1的距高/m 高量口的距成mm 图6不同阴极极化时pH值分布·(a)不同缝口控电位：(b)不同缝隙开口尺寸 Fig.6 Distributions of pH value under different states of cathodic protection at different potential (a)and different crevice sizes(b)
图4 同一缝隙开口尺寸下不同缝口控电位下电位分布．极化时间：（a）6h；（b）30h Fig．4 Potential distributions at the same crevice size and different protection potentials： polarization time （a）6h；（b）30h 图5 相同缝口控电位不同缝隙开口尺寸下电位分布．极化时间：（a）6h；（b）30h Fig．5 Potential distributions at the same protection potential and different crevice sizes： polarization time （a）6h；（b）30h 图6 不同阴极极化时 pH 值分布．（a）不同缝口控电位；（b）不同缝隙开口尺寸 Fig．6 Distributions of pH value under different states of cathodic protection at different potential （a） and different crevice sizes （b） 2∙4 极化状态下 pH 值的变化规律 图6（a）是同一缝隙开口尺寸施加不同缝口控 电位时 pH 值的分布图6（b）是在同一缝口控电位 不同缝隙开口尺寸时 pH 值分布．从图6（a）可以看 出：同一缝隙开口尺寸（δ＝0∙15mm）下欠保护状 态时由于缝隙腐蚀发生造成从缝口到缝尖 pH 值 下降且比本体溶液的 pH 值要低；在保护状态下pH 值都升高比本体溶液的 pH 值要高［10－11］缝隙内 有碱化的趋势．而在欠保护状态下缝隙深处（即 6＃电极） pH 值上升可能是由于在初期欠保护状态 下发生了腐蚀在电极表面形成一层腐蚀产物 膜［12］．由于这层膜比较致密阻碍了腐蚀的进一步 发生而溶解氧在外加阴极保护电流的作用下不断 的消耗OH －不断生成从而使缝隙内的 pH 值不断 升高．外加阴极保护电流作用使溶解氧消耗不断生 成 OH － 也可能是达到保护状态缝隙内 pH 值升高 的原因． 图6（b）在施加缝口控电位（ E＝－1000mV） 时实 验 涉 及 到 的 缝 隙 开 口 尺 寸 0∙150∙3 0∙45mm缝隙都能达到保护状态缝隙内溶液的 ·388· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第4期 张新等：含☑ˉ，S0溶液中X70管线钢缝隙的阴极极化行为 .389. H值都比本体溶液高，随着缝隙开口尺寸的增大， performance field experience of an operating petroleum company. 缝隙内溶液的pH值升高， Mater Perform.1987.26(11):28 [3]Beavers J A.Thompson N G.Corrosion beneath disbonded 3结论 pipeline coating.Mater Perform.1997.36(4):13 [4]Toncre A C.On achieving polarization beneath unbonded pipe (1)对缝隙施加阴极极化，在缝口控电位和缝 coatings.Mater Perform.1984.23(8):22 隙开口尺寸一定时，缝隙内存在明显的电位梯度并 [5]Perdomo JJ.Song I.Chemical and electrochemical conditions on 且电位梯度随缝口控电位施加时间的延长逐渐减 steel under disbonded coatings:the effect of applied potential.so 小，电位分布趋于均匀， lution resistivity,crevice thickness and holiday size.Corros Sci, 2000,42(8):1389 (2)在同样的缝隙开口尺寸情况下，随着缝口 [6]LiZ F.Gan F X.Mao X H.A study on cathodic protection a- 控电位的升高，缝尖达到保护时间越短，随着保护 gainst crevice corrosion in dilute NaCl solutions.Corros Sci 时间的延长，缝隙内的保护电位梯度越来越小 2002,44(4):689 (③)在同一缝口控电位下，随着缝隙开口尺寸 [7]Margarit IC P,Mattos O R.About coating and cathodic protee- 的增加，越容易使缝尖达到保护电位 tion:Properties of the coatings influencing delamination and ca thodic protection criteria.Electrochim Acta.1998.44(2/3): (4)缝隙加阴极极化时，在欠保护状态下，缝隙 363 内由于腐蚀发生造成pH值下降；而在保护状态下， [8]李正奉，毛旭辉，甘复兴.阴极保护下缝隙内的电位分布，中 缝隙内的溶液pH值升高，有碱化的趋势，随着缝隙 国腐蚀与防护学报，2000,20(3)：129 开口尺寸的增加，缝隙内溶液的pH值升高，外加阴 [9]Riemer D P.Orazem M E.A mathematical model for the cathod- 极极化电流作用使溶解氧不断消耗生成OH厂可能 ic protection of tank bottoms.Corros Sci.2005.47(3):849 [10]Peterson M H.Lennox T J.A study of cathodic polarization and 是缝隙内pH值升高的原因， pH changes in metal crevices.Corrosion.1973,29(10):406 参考文献 [11]Tumbull A.Gandner M K.The solution electrochemistry of crevice corrosion of carbon steels in both seawater and 3.5%Na- [1]Fessle RR.Markworth A J,Parkins R N.Cathodic protection Cl aqueous solution.Corrosion.1981,36(3):140 levels under disbonded coatings.Corrosion.1983.39(1):20 [12]Schwenk W.Current distribution during the electrochemical cor- [2]Roche M,Samarch J P.Materials performance:Pipeline coating rosion protection of pipes-Corros Sci.1983,23(8):871 Cathodic polarization behavior of an X70 pipeline steel crevice in solution containing Cl and SOi ZHA NG Xin DU Cuiwe).LI Xiaogang3),SONG Yiqian) 1)Corrosion and Protection Center,Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Materials Science and Engineering School.Inner Mongolia University of Science and Technology.Baotou 014010.China 3)Corrosion Erosion and Surface Technology Key Laboratory Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACI Cathodic polarization behavior of an X70 pipeline steel crevice in solution containing Cl and SO was studied.Experimental results show that at a protection potential of-1000 mV vs CSE,with increasing crevice size the potential of the crevice tip is close to the protection potential;at the same crevice size,with the increase of protection potential the status of protection is easily reached in the crevice.Under unprotection condi- tion,crevice corrosion can happen and the pH value of solution reduces in the crevice;under protection condi- tion,the pH of solution can rise and in the crevice the solution alkalized. KEY WORDS X70 pipeline steel;chlorion;sulphate ion;cathodic protection
pH 值都比本体溶液高．随着缝隙开口尺寸的增大 缝隙内溶液的 pH 值升高． 3 结论 （1） 对缝隙施加阴极极化在缝口控电位和缝 隙开口尺寸一定时缝隙内存在明显的电位梯度并 且电位梯度随缝口控电位施加时间的延长逐渐减 小电位分布趋于均匀． （2） 在同样的缝隙开口尺寸情况下随着缝口 控电位的升高缝尖达到保护时间越短．随着保护 时间的延长缝隙内的保护电位梯度越来越小． （3） 在同一缝口控电位下随着缝隙开口尺寸 的增加越容易使缝尖达到保护电位． （4） 缝隙加阴极极化时在欠保护状态下缝隙 内由于腐蚀发生造成 pH 值下降；而在保护状态下 缝隙内的溶液 pH 值升高有碱化的趋势随着缝隙 开口尺寸的增加缝隙内溶液的 pH 值升高．外加阴 极极化电流作用使溶解氧不断消耗生成 OH －可能 是缝隙内 pH 值升高的原因． 参 考 文 献 ［1］ Fessle R RMarkworth A JParkins R N．Cathodic protection levels under disbonded coatings．Corrosion198339（1）：20 ［2］ Roche MSamarch J P．Materials performance：Pipeline coating performance field experience of an operating petroleum company． Mater Perform198726（11）：28 ［3］ Beavers J AThompson N G．Corrosion beneath disbonded pipeline coating．Mater Perform199736（4）：13 ［4］ Toncre A C．On achieving polarization beneath unbonded pipe coatings．Mater Perform198423（8）：22 ［5］ Perdomo J JSong I．Chemical and electrochemical conditions on steel under disbonded coatings：the effect of applied potentialsolution resistivitycrevice thickness and holiday size．Corros Sci 200042（8）：1389 ［6］ Li Z FGan F XMao X H．A study on cathodic protection against crevice corrosion in dilute NaCl solutions．Corros Sci 200244（4）：689 ［7］ Margarit I C PMattos O R．About coating and cathodic protection：Properties of the coatings influencing delamination and cathodic protection criteria．Electrochim Acta199844（2／3）： 363 ［8］ 李正奉毛旭辉甘复兴．阴极保护下缝隙内的电位分布．中 国腐蚀与防护学报200020（3）：129 ［9］ Riemer D POrazem M E．A mathematical model for the cathodic protection of tank bottoms．Corros Sci200547（3）：849 ［10］ Peterson M HLennox T J．A study of cathodic polarization and pH changes in metal crevices．Corrosion197329（10）：406 ［11］ Tumbull AGandner M K．The solution electrochemistry of crevice corrosion of carbon steels in both seawater and3∙5％ NaCl aqueous solution．Corrosion198136（3）：140 ［12］ Schwenk W．Current distribution during the electrochemical corrosion protection of pipes．Corros Sci198323（8）：871 Cathodic polarization behavior of an X70pipeline steel crevice in solution containing Cl － and SO 2－ 4 ZHA NG Xin 12）DU Cuiwei 13）LI Xiaogang 13）SONG Y iqian 12） 1） Corrosion and Protection CenterMaterials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Materials Science and Engineering SchoolInner Mongolia University of Science and TechnologyBaotou014010China 3） Corrosion Erosion and Surface Technology Key Laboratory BeijingBeijing100083China ABSTRACT Cathodic polarization behavior of an X70pipeline steel crevice in solution containing Cl － and SO 2－ 4 was studied．Experimental results show that at a protection potential of －1000mV vs CSEwith increasing crevice size the potential of the crevice tip is close to the protection potential；at the same crevice sizewith the increase of protection potential the status of protection is easily reached in the crevice．Under unprotection conditioncrevice corrosion can happen and the pH value of solution reduces in the crevice；under protection conditionthe pH of solution can rise and in the crevice the solution alkalized． KEY WORDS X70pipeline steel；chlorion；sulphate ion；cathodic protection 第4期 张 新等： 含 Cl －SO 2 4 － 溶液中 X70管线钢缝隙的阴极极化行为 ·389·