《工程科学学报》：交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为

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工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为杨永王新华陈迎春位凯玲 Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference YANG Yong.WANG Xin-hua,CHEN Ying-chun,WEI Kai-ling 引用本文：杨永，王新华，陈迎春，位凯玲.交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为[).工程科学学报， 2020,42(7:894-901.doi:10.13374.issn2095-9389.2019.07.21.002 YANG Yong.WANG Xin-hua,CHEN Ying-chun,WEI Kai-ling.Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(7):894- 901.do10.13374j.issn2095-9389.2019.07.21.002 在线阅读View online::htps/ldoi.org/10.13374/.issn2095-9389.2019.07.21.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钛稀土复合处理对C-M钢粗晶热影响区组织及韧性的影响 Influence of Ti-rare earth addition on microstructure and toughness of coarse grain heat-affected zone in C-Mn steel 工程科学学报.2017,396：846htps:oi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.06.005 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报.2017,395)：643htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.001 2507双相不锈钢在$0，污染模拟海水中的腐蚀行为 Corrosion behavior of 2507 duplex stainless steel in simulated SO,-Polluted seawater 工程科学学报.2018,405)：587 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.05.009 富Nb复合碳氮化物对22Cr15Ni3.5 CuNbN奥氏体钢焊接模拟热影响区组织和性能的影响 A simulation of the effect of Nb-rich carbonitride on the structure and properties of weld HAZ of 22Cr15Ni3.5CuNbN austenitic steel 工程科学学报.2019.41(7：889htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.07.007 X70管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性 Hydrogen embrittlement susceptibility of the X70 pipeline steel substrate and weld in simulated coal gas containing hydrogen environment 工程科学学报.2017,394)：535htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.04.008 集输管道C0,/油/水环境中X65钢的腐蚀特征 Corrosion characteristics of X65 steel in CO,/oil/water environment of gathering pipeline 工程科学学报.2018,40(5：594 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.05.010

交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为杨永王新华陈迎春位凯玲 Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference YANG Yong, WANG Xin-hua, CHEN Ying-chun, WEI Kai-ling 引用本文: 杨永, 王新华, 陈迎春, 位凯玲. 交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为[J]. 工程科学学报, 2020, 42(7): 894-901. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.21.002 YANG Yong, WANG Xin-hua, CHEN Ying-chun, WEI Kai-ling. Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(7): 894- 901. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.21.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.21.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响 Influence of Ti-rare earth addition on microstructure and toughness of coarse grain heat-affected zone in C-Mn steel 工程科学学报. 2017, 39(6): 846 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.06.005 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报. 2017, 39(5): 643 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.001 2507双相不锈钢在SO2污染模拟海水中的腐蚀行为 Corrosion behavior of 2507 duplex stainless steel in simulated SO2 -Polluted seawater 工程科学学报. 2018, 40(5): 587 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.009 富Nb复合碳氮化物对22Cr15Ni3.5CuNbN奥氏体钢焊接模拟热影响区组织和性能的影响 A simulation of the effect of Nb-rich carbonitride on the structure and properties of weld HAZ of 22Cr15Ni3.5CuNbN austenitic steel 工程科学学报. 2019, 41(7): 889 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.007 X70管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性 Hydrogen embrittlement susceptibility of the X70 pipeline steel substrate and weld in simulated coal gas containing hydrogen environment 工程科学学报. 2017, 39(4): 535 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.008 集输管道CO2 /油/水环境中X65钢的腐蚀特征 Corrosion characteristics of X65 steel in CO2 /oil/water environment of gathering pipeline 工程科学学报. 2018, 40(5): 594 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.010

工程科学学报.第42卷.第7期：894-901.2020年7月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.7:894-901,July 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.21.002;http://cje.ustb.edu.cn 交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为杨永2)，王新华)四，陈迎春)，位凯玲) 1)北京工业大学机电学院，北京1001242)中国特种设备检测研究院，北京100029 ☒通信作者.E-mail:wxhemma2005@163.com 摘要通过Gleeble热模拟实验机模拟了X1O0管线钢的粗晶热影响区(CGHAZ)及再热临界粗晶热影响区(ICCGHAZ)微观组织.采用电化学测试、浸泡实验及表面分析技术研究了交流干扰下X100管线钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ在库尔勒土壤溶液中的腐蚀行为.结果表明：交流干扰下X100管线钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ都表现为活性溶解，平均腐蚀速率随交流电流密度的增大而增加.交流干扰造成的极化电位振荡幅值及微观组织对X1O0管线钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ的平均腐蚀速率和腐蚀形貌有着重要影响.在5A·cm2交流电流密度干扰下，母材的腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大， ICCGHAZ的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，CGHAZ的腐蚀电位及平均腐蚀速率都居中；在20mAcm2及50mA:cm2 交流电流密度干扰下，ICCGHAZ腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大，母材的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，CGHAZ的腐蚀电位及平均腐蚀速率都仍居中，在20mAcm2交流电流密度交流干扰下，X100管线钢发生局部腐蚀，CGHAZ、 ICCGHAZ发生明显的晶界腐蚀，GCHAZ晶界腐蚀形貌呈缝隙状、ICCGHAZ晶界腐蚀形貌为连续孔洞关键词X100管线钢：交流干扰：粗品热影响区；再热临界粗晶热影响区；腐蚀行为：库尔勒土壤分类号TG174.3 Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference YANG Yong 2),WANG Xin-hua,CHEN Ying-chun,WEI Kai-ling 1)College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100024.China 2)China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029,China Corresponding author,E-mail:wxhemma2005@163.com ABSTRACT In recent years,many accidents caused by alternating current(AC)corrosion have been reported.AC corrosion has become a serious potential damage to buried steel pipelines.The X100 pipeline steel is a very promising material for long-distance gas pipelines,and Korla soil is a typical saline-alkali soil of West China.The coarse-grained heat-affected zone (CGHAZ)and the intercritically reheated coarse-grained heat-affected zone (ICCGHAZ)were simulated by a Gleeble thermomechanical processing machine through different thermal cycle times,peak temperatures,and cooling rates.Electrochemical corrosion measurements, immersion experiments and surface analysis techniques were used to characterize the corrosion behavior of the base metal,CGHAZ,and ICCGHAZ of the X100 pipeline steel in simulated Korla soil solution under AC interference.The X100 pipeline steel base metal, CGHAZ,and ICCGHAZ exhibited active dissolution in the simulated Korla soil solution under AC interference,and the average corrosion rate increased with the increase in AC density.The amplitude of the polarization potential oscillation caused by AC 收稿日期：2019-07-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51471011)

交流干扰下 X100 管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为杨永1,2)，王新华1) 苣，陈迎春1)，位凯玲1) 1) 北京工业大学机电学院，北京 100124 2) 中国特种设备检测研究院，北京 100029 苣通信作者，E-mail：wxhemma2005@163.com 摘要通过 Gleeble 热模拟实验机模拟了 X100 管线钢的粗晶热影响区（CGHAZ）及再热临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）微观组织. 采用电化学测试、浸泡实验及表面分析技术研究了交流干扰下 X100 管线钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 在库尔勒土壤溶液中的腐蚀行为. 结果表明：交流干扰下 X100 管线钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 都表现为活性溶解，平均腐蚀速率随交流电流密度的增大而增加. 交流干扰造成的极化电位振荡幅值及微观组织对 X100 管线钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 的平均腐蚀速率和腐蚀形貌有着重要影响. 在 5 mA·cm‒2 交流电流密度干扰下，母材的腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大， ICCGHAZ 的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，CGHAZ 的腐蚀电位及平均腐蚀速率都居中；在 20 mA·cm‒2 及 50 mA·cm‒2 交流电流密度干扰下，ICCGHAZ 腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大，母材的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，CGHAZ 的腐蚀电位及平均腐蚀速率都仍居中. 在 20 mA·cm‒ 2 交流电流密度交流干扰下， X100 管线钢发生局部腐蚀，CGHAZ、 ICCGHAZ 发生明显的晶界腐蚀，GCHAZ 晶界腐蚀形貌呈缝隙状、ICCGHAZ 晶界腐蚀形貌为连续孔洞. 关键词 X100 管线钢；交流干扰；粗晶热影响区；再热临界粗晶热影响区；腐蚀行为；库尔勒土壤分类号 TG174.3 Corrosion behavior of X100 pipeline steel and its heat-affected zones in simulated Korla soil solution under alternating current interference YANG Yong1,2) ，WANG Xin-hua1) 苣，CHEN Ying-chun1) ，WEI Kai-ling1) 1) College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100024, China 2) China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029, China 苣 Corresponding author, E-mail: wxhemma2005@163.com ABSTRACT In recent years, many accidents caused by alternating current (AC) corrosion have been reported. AC corrosion has become a serious potential damage to buried steel pipelines. The X100 pipeline steel is a very promising material for long-distance gas pipelines, and Korla soil is a typical saline-alkali soil of West China. The coarse-grained heat-affected zone (CGHAZ) and the intercritically reheated coarse-grained heat-affected zone (ICCGHAZ) were simulated by a Gleeble thermomechanical processing machine through different thermal cycle times, peak temperatures, and cooling rates. Electrochemical corrosion measurements, immersion experiments and surface analysis techniques were used to characterize the corrosion behavior of the base metal, CGHAZ, and ICCGHAZ of the X100 pipeline steel in simulated Korla soil solution under AC interference. The X100 pipeline steel base metal, CGHAZ, and ICCGHAZ exhibited active dissolution in the simulated Korla soil solution under AC interference, and the average corrosion rate increased with the increase in AC density. The amplitude of the polarization potential oscillation caused by AC 收稿日期: 2019−07−21 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51471011）工程科学学报，第 42 卷，第 7 期：894−901，2020 年 7 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 7: 894−901, July 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.21.002; http://cje.ustb.edu.cn

杨永等：交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 895. interference and the microstructure had an important influence on the corrosion rate and corrosion morphology of the X100 pipeline steel base metal,CGHAZ and ICCGHAZ.Under the interference of 5 mA.cmAC density,the X100 pipeline steel base material shows the most negative corrosion potential and the largest average corrosion rate,while the ICCGHAZ shows the most positive corrosion potential and the smallest average corrosion rate.Under the interferences of 20 and 50 mA-cmAC densities,the ICCGHAZ of X100 pipeline steel shows the most negative corrosion potential and the largest average corrosion rate,while the base metal shows the most positive corrosion potential and the smallest average corrosion rate.Under the interference of 20 mA.cm AC density,the X100 pipeline steel is locally corroded.CGHAZ and ICCGHAZ have obvious grain boundary corrosion,whereby GCHAZ grain boundary corrosion morphology is slit-shaped,and ICCGHAZ grain boundary corrosion morphology is continuous pores. KEY WORDS X100 pipeline steel;AC interference;coarse-grained heat-affected zone;intercritically reheated coarse-grained heat- affected zone:corrosion behavior:Korla soil simulating solution 为适应石油、天然气等能源的强劲需求，油气量分数，%)为：C0.051,Mn1.909,Si0.216,P0.010, 管道输送向大口径、高压力、大输量方向发展的 S0.004,Cr0.287,Ni0.313,Cu0.139,Al0.045,Mo 趋势对管线钢强度、韧性提出了更高的要求山高 0.250.Ti0.012.Nb0.063.V0.039.Pb0.002.B 强钢X100管线钢可显著降低长输油气管道的建 0.0003,Sn0.003,As0.005,Fe余量设和运行成本，具有巨大的应用前景四1X100等高实验溶液采用库尔勒土壤模拟液，其成分强管线钢长期遭受腐蚀时比低强度管线钢具有更配比l图为：0.2442gL-1CaCl2、3.1707 gL NaC1、大风险)，金属焊接热影响区的不同微观组织结构 2.5276gL1Na2S04、0.6699gL1MgC26H20、对材料的局部腐蚀性能具有重要影响山热影响 0.2156gL1KNO3、0.1462 gL-NaHCO03,采用分析区与管道母材、焊缝熔合区存在微观组织结构差纯试剂和去离子水配置，用NaOH和乙酸将其pH 异使焊接接头处更易于产生局部腐蚀、裂纹等危值调节到9.31. 害管道安全的缺陷2-]尽管交流干扰产生的腐 1.2热模拟和微观组织蚀危害相对于等量直流杂散电流产生的危害要小利用Gleeble3180热模拟试验机（美国DSI)模得多4，但随着油气管道与高压输电线或铁路拟得到XIO0管线钢的CGHAZ和ICCGHAZ,热循系统平行或交叉的日益增多，交流干扰诱发的腐环曲线如图1所示7.热模拟试样尺寸为10mm× 蚀已成为埋地钢质管道的重要安全隐患61刀我 10mm×71mm,加热范围为试样中心的10mm长国西北地区具有大量埋地油气管道，库尔勒土壤度，如图2所示，其他部位通过水冷方式以保持其原是我国西北地区盐渍土的典型代表，其土壤溶液有微观组织不受影响.先对试样以130℃s的加热呈碱性，pH值为8.3~9.4，且含盐量较高、透气性速度加热到峰值温度1300℃，停留1s后以80℃s 好，对钢管的腐蚀性极大的冷却速度冷却至800℃，再以6.8℃s的冷却国内外学者围绕交流干扰电压、电流密度及速度冷却至室温，形成CGHAZ.在此基础上，再升频率等参数对各种腐蚀环境中金属管道交流腐蚀温到800℃后停留1s后以6.8℃·s的冷却速度性能的影响开展了大量的研究工作92，但目前冷却至室温，形成ICCGHAZ.热模拟结束后，将母交流干扰下X100管线钢热影响区在库尔勒土壤 1400 环境中的腐蚀行为的相关研究未见报导.本文运 1300℃ 1200 用热模拟技术模拟X100管线钢的粗晶热影响区 80℃-s1 (CGHAZ)及再热临界粗晶热影响区(ICCGHAZ) 1000 800℃ 800℃ 800 微观组织，并通过浸泡实验、表面分析及电化学测试 600 技术对比研究了X100管线钢的母材、CGHAZ及 6.8℃s1 400 6.8℃s ICCGHAZ在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为，为今 130℃-s1 200 130℃-s 后X100管线钢的安全使用提供了腐蚀理论支撑 0 1实验 50 100150200 250 Time/s 1.1材料和溶液图1 Gleeble热模拟实验热循环温度曲线实验材料为APIX100管线钢，其化学成分（质 Fig.1 Cycle temperature curves of thermal simulation by Gleeble

interference and the microstructure had an important influence on the corrosion rate and corrosion morphology of the X100 pipeline steel base metal, CGHAZ and ICCGHAZ. Under the interference of 5 mA·cm‒2 AC density, the X100 pipeline steel base material shows the most negative corrosion potential and the largest average corrosion rate, while the ICCGHAZ shows the most positive corrosion potential and the smallest average corrosion rate. Under the interferences of 20 and 50 mA·cm‒2 AC densities, the ICCGHAZ of X100 pipeline steel shows the most negative corrosion potential and the largest average corrosion rate, while the base metal shows the most positive corrosion potential and the smallest average corrosion rate. Under the interference of 20 mA·cm‒2 AC density, the X100 pipeline steel is locally corroded. CGHAZ and ICCGHAZ have obvious grain boundary corrosion, whereby GCHAZ grain boundary corrosion morphology is slit-shaped, and ICCGHAZ grain boundary corrosion morphology is continuous pores. KEY WORDS X100 pipeline steel；AC interference；coarse-grained heat-affected zone；intercritically reheated coarse-grained heataffected zone；corrosion behavior；Korla soil simulating solution 为适应石油、天然气等能源的强劲需求，油气管道输送向大口径、高压力、大输量方向发展的趋势对管线钢强度、韧性提出了更高的要求[1] . 高强钢 X100 管线钢可显著降低长输油气管道的建设和运行成本，具有巨大的应用前景[2] . X100 等高强管线钢长期遭受腐蚀时比低强度管线钢具有更大风险[3] ，金属焊接热影响区的不同微观组织结构对材料的局部腐蚀性能具有重要影响[4−11] . 热影响区与管道母材、焊缝熔合区存在微观组织结构差异使焊接接头处更易于产生局部腐蚀、裂纹等危害管道安全的缺陷[12−13] . 尽管交流干扰产生的腐蚀危害相对于等量直流杂散电流产生的危害要小得多[14−15] ，但随着油气管道与高压输电线或铁路系统平行或交叉的日益增多，交流干扰诱发的腐蚀已成为埋地钢质管道的重要安全隐患[16−17] . 我国西北地区具有大量埋地油气管道，库尔勒土壤是我国西北地区盐渍土的典型代表，其土壤溶液呈碱性，pH 值为 8.3～9.4，且含盐量较高、透气性好，对钢管的腐蚀性极大[18] . 国内外学者围绕交流干扰电压、电流密度及频率等参数对各种腐蚀环境中金属管道交流腐蚀性能的影响开展了大量的研究工作[19−26] ，但目前交流干扰下 X100 管线钢热影响区在库尔勒土壤环境中的腐蚀行为的相关研究未见报导. 本文运用热模拟技术模拟 X100 管线钢的粗晶热影响区（CGHAZ）及再热临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）微观组织，并通过浸泡实验、表面分析及电化学测试技术对比研究了 X100 管线钢的母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为，为今后 X100 管线钢的安全使用提供了腐蚀理论支撑. 1 实验 1.1 材料和溶液实验材料为 API X100 管线钢，其化学成分（质量分数，%）为：C 0.051，Mn 1.909，Si 0.216，P 0.010， S 0.004，Cr 0.287， Ni 0.313，Cu 0.139， Al 0.045， Mo 0.250， Ti 0.012， Nb 0.063， V 0.039， Pb 0.002， B 0.0003，Sn 0.003，As 0.005，Fe 余量. 实验溶液采用库尔勒土壤模拟液，其成分配比[18] 为： 0.2442 g·L‒1 CaCl2、 3.1707 g·L‒1 NaCl、 2.5276 g·L‒1 Na2SO4、 0.6699 g·L‒1 MgCl2 ·6H2O、 0.2156 g·L‒1 KNO3、0.1462 g·L‒1 NaHCO3，采用分析纯试剂和去离子水配置，用 NaOH 和乙酸将其 pH 值调节到 9.31. 1.2 热模拟和微观组织利用 Gleeble 3180 热模拟试验机（美国 DSI）模拟得到 X100 管线钢的 CGHAZ 和 ICCGHAZ，热循环曲线如图 1 所示[27] . 热模拟试样尺寸为 10 mm× 10 mm×71 mm，加热范围为试样中心的 10 mm 长度，如图 2 所示，其他部位通过水冷方式以保持其原有微观组织不受影响. 先对试样以 130 ℃·s−1 的加热速度加热到峰值温度 1300 ℃，停留 1 s 后以 80 ℃·s−1 的冷却速度冷却至 800 ℃，再以 6.8 ℃·s−1 的冷却速度冷却至室温，形成 CGHAZ. 在此基础上，再升温到 800 ℃ 后停留 1 s 后以 6.8 ℃·s−1 的冷却速度冷却至室温，形成 ICCGHAZ. 热模拟结束后，将母 0 50 100 150 200 250 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 800 ℃ 1s 1s 800 ℃ 1300 ℃ 130 ℃·s−1 6.8 ℃·s−1 6.8 ℃·s−1 80 ℃·s−1 Temperature/ ℃ Time/s 130 ℃·s−1 图 1 Gleeble 热模拟实验热循环温度曲线 Fig.1 Cycle temperature curves of thermal simulation by Gleeble 杨永等：交流干扰下 X100 管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 · 895 ·

·896 工程科学学报，第42卷，第7期 71mm 10Q AC W 10mm WE RE CE Cutting surface Part heated Surface for weight loss and 5mm5mm、 electrochemical test Surface for corrosion morphologies 图2研究用试样示意图 Fig.2 Schematic diagram of the research sample 图3电化学实验装置 Fig.3 Schematic diagram of experimental setup for electrochemical 材及热模拟试样磨平抛光后用4%硝酸酒精溶液 testing 侵蚀，在光学显微镜(Zeiss stereo microscopy)下观察其微观组织样需浸泡220h,实验温度为室温（约20~30℃）. 1.3腐蚀实验浸泡结束后，依据GBT16545一2015配制除锈液热影响区腐蚀试样尺寸及工作面如图2所示， (500mL盐酸+3.5g六次甲基四胺+500mL蒸馏母材试样尺寸为10mm×10mm×5mm,工作面尺寸水)清除腐蚀产物，用无水乙醇及去离子水清洗为10mm×10mm.电化学测试装置如图3所示，图失重试样在实验前后用高精度电子天平（精度为中AC表示交流干扰电源（函数信号发生器）： 0.1mg)称重，计算平均腐蚀速率.用扫描电镜（日 WE表示工作电极(X1O0钢)；RE表示参比电极立S-3400N)观察两种浸泡试样的腐蚀形貌. (饱和甘汞电极，SCE):CE表示辅助电极（铂电 2结果与讨论极)，石墨电极作为交流干扰回路电极.试验装置包括交流干扰和电化学测试两个回路.交流干扰 2.1微观组织回路主要包括交流数字信号发生器(HAD-1020A) 图4为X100管线钢微观组织形貌.图4(a) 和石墨电极，用于在试样上形成交流杂散电流；电中，CGHAZ的组织主要为板条状组织(UB)和少化学测试仪器为电化学工作站PARATAT2273. 量粒状贝氏体(GB),原始奥氏体组织晶界明显、为阻止试验装置两个电回路中电流信号的相互干品粒粗大.ICCGHAZ(图4(b))是通过对CGHAZ 扰，并过滤交流干扰回路中可能存在的直流电流，在第二次热循环期间再加热形成的临界区域，由在交流干扰回路中串联电容(470F)、电化学测于原始奥氏体晶界是结构转变的优先成核位点，试回路中串联电感(10H).将试样在溶液中静置所以ICCGHAZ组织仍以板条状组织和粒状贝氏到开路电位基本稳定后，在干扰回路中分别施体为主，有少量不规则块状铁素体(P℉)，但原始奥加频率为50Hz、均方根电流密度为0、3、20、氏体晶界位置开始出现马氏体-奥氏体(M/A)岛状 50mAcm2的正弦交流电，测试开路电位(OCP)及组织.如图4(c)所示，X100管线钢母材主要为粒动电位极化曲线.OCP测试频率分别为1Hz及状贝氏体，有少量铁素体(F)组织 2000Hz;动电位极化曲线扫描速率为1mV·s.实 2.2电化学实验验前，所有试样的非工作面用环氧树脂密封，工作 2.2.1开路电位面用240~1500目水磨砂纸逐级打磨，以丙酮和乙图5为XI00管线钢母材、CGHAZ和ICCGHAZ 醇清洗.实验温度用恒温水浴锅控制在(30吐1)℃. 在测试溶液中的开路电位(OCP)随时间的变化浸泡实验使用调压器作为交流电源，电路中图5(a)中以1Hz频率测得的OCP可知，施加交流串联电容以过滤可能存在的直流电流，调节交流千扰后，腐蚀电位显著负移，在5mAcm2小电流密干扰电流密度为20mAcm之，同时在交流回路中度干扰下，腐蚀电位负移后变化不大；在20mAcm2 串联定值电阻，用来防止试样表面阻抗变化引起和50mAcm2电流密度干扰下，腐蚀电位均表现交流电流密度发生较大变化.实验前，试样工作面为先大幅负移，再缓慢正移后趋于稳定.对比不同用240~800目水磨砂纸逐级打磨后，用丙酮和乙微观组织的腐蚀电位，在5mAcm2电流密度干扰醇清洗，用石蜡密封非工作面.仅用于观察腐蚀形下，腐蚀电位由负到正依次为母材、GCHAZ和貌的试样在测试液中浸泡33h,用于计算失重的试 ICCGHAZ;在20mAcm2和50mAcm2电流密度

材及热模拟试样磨平抛光后用 4% 硝酸酒精溶液侵蚀，在光学显微镜（Zeiss stereo microscopy）下观察其微观组织. 1.3 腐蚀实验热影响区腐蚀试样尺寸及工作面如图 2 所示，母材试样尺寸为 10 mm×10 mm×5 mm，工作面尺寸为 10 mm×10 mm. 电化学测试装置如图 3 所示，图中 AC 表示交流干扰电源（函数信号发生器）； WE 表示工作电极（X100 钢）；RE 表示参比电极（饱和甘汞电极，SCE）；CE 表示辅助电极（铂电极），石墨电极作为交流干扰回路电极. 试验装置包括交流干扰和电化学测试两个回路. 交流干扰回路主要包括交流数字信号发生器（HAD-1020A）和石墨电极，用于在试样上形成交流杂散电流；电化学测试仪器为电化学工作站 PARATAT 2273. 为阻止试验装置两个电回路中电流信号的相互干扰，并过滤交流干扰回路中可能存在的直流电流，在交流干扰回路中串联电容（470 μF）、电化学测试回路中串联电感（10 H）. 将试样在溶液中静置到开路电位基本稳定后，在干扰回路中分别施加频率为 50 Hz、均方根电流密度为 0、 3、 20、 50 mA·cm−2 的正弦交流电，测试开路电位（OCP）及动电位极化曲线. OCP 测试频率分别为 1 Hz 及 2000 Hz；动电位极化曲线扫描速率为 1 mV·s−1 . 实验前，所有试样的非工作面用环氧树脂密封，工作面用 240～1500 目水磨砂纸逐级打磨，以丙酮和乙醇清洗. 实验温度用恒温水浴锅控制在 (30±1) ℃. 浸泡实验使用调压器作为交流电源，电路中串联电容以过滤可能存在的直流电流，调节交流干扰电流密度为 20 mA·cm−2，同时在交流回路中串联定值电阻，用来防止试样表面阻抗变化引起交流电流密度发生较大变化. 实验前，试样工作面用 240～800 目水磨砂纸逐级打磨后，用丙酮和乙醇清洗，用石蜡密封非工作面. 仅用于观察腐蚀形貌的试样在测试液中浸泡 33 h，用于计算失重的试样需浸泡 220 h，实验温度为室温（约 20～30 ℃ ）. 浸泡结束后，依据 GB/T 16545—2015 配制除锈液（ 500 mL 盐酸+3.5 g 六次甲基四胺+500 mL 蒸馏水）清除腐蚀产物，用无水乙醇及去离子水清洗. 失重试样在实验前后用高精度电子天平（精度为 0.1 mg）称重，计算平均腐蚀速率. 用扫描电镜 (日立 S-3400N) 观察两种浸泡试样的腐蚀形貌. 2 结果与讨论 2.1 微观组织图 4 为 X100 管线钢微观组织形貌. 图 4（ a）中，CGHAZ 的组织主要为板条状组织（UB）和少量粒状贝氏体（GB），原始奥氏体组织晶界明显、晶粒粗大. ICCGHAZ（图 4（b））是通过对 CGHAZ 在第二次热循环期间再加热形成的临界区域，由于原始奥氏体晶界是结构转变的优先成核位点，所以 ICCGHAZ 组织仍以板条状组织和粒状贝氏体为主，有少量不规则块状铁素体（PF），但原始奥氏体晶界位置开始出现马氏体−奥氏体（M/A）岛状组织. 如图 4（c）所示，X100 管线钢母材主要为粒状贝氏体，有少量铁素体（F）组织. 2.2 电化学实验 2.2.1 开路电位图 5 为 X100 管线钢母材、CGHAZ 和 ICCGHAZ 在测试溶液中的开路电位（OCP）随时间的变化. 图 5（a）中以 1 Hz 频率测得的 OCP 可知，施加交流干扰后，腐蚀电位显著负移，在 5 mA·cm−2 小电流密度干扰下，腐蚀电位负移后变化不大；在 20 mA·cm−2 和 50 mA·cm−2 电流密度干扰下，腐蚀电位均表现为先大幅负移，再缓慢正移后趋于稳定. 对比不同微观组织的腐蚀电位，在 5 mA·cm−2 电流密度干扰下，腐蚀电位由负到正依次为母材、 GCHAZ 和 ICCGHAZ；在 20 mA·cm−2 和 50 mA·cm−2 电流密度 71 mm 10 mm 10 mm Part heated Cutting surface 5 mm 5 mm Surface for weight loss and electrochemical test Surface for corrosion morphologies 10 mm 图 2 研究用试样示意图 Fig.2 Schematic diagram of the research sample AC WE RE CE SCE Pt Solution Graphite 10 Ω 470 μF L X100 图 3 电化学实验装置 Fig.3 Schematic diagram of experimental setup for electrochemical testing · 896 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期

杨永等：交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 897 (a1 (b) (c) GB PF GB M/A UB GB UB 100m 100m 100m 图4X100管线钢显微组织.(a)粗昂热影响区；(b)临界再热粗品热影响区：(c)母材 Fig.4 Optical microstructure:(a)CGHAZ;(b)ICCGHAZ;(c)base steel -0.60 0 (a) (b) ■Base steel5mA-cm2 -Base steel ●CGHAZ5mAcm-2 -0.65 ◆-CGHAZ -0.2 ICCGHAZ 5 mA.cm ◆-ICCGHAZ -0.4 2-0.70 50 mA.cm -0.6 -0.75 20 mA.cm A/ mA.cm -0.8 -0.80 1.0 0.85E -12 05001000150020002500300035004000 0 0.010.020.030.040.050.06 Time/s Time/s 1.5 (c) ■Base steel20mAcm-2 ■Base steel50mAcm2 ●CGHAZ20mAcm-2 。CGHAZ50mA'cm2 1.0 ICCGHAZ 20 mA.cm ▲ICCGHAZ50mAcm 0.5 3 0 0.5 1.0 -1.5 -2.0 00.010.020.030.040.050.06 0 0.010.020.030.040.050.06 Time/s Time/s 图5X100管线钢母材和热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀电位.(a)1Hz频率测得：(b)在交流电流密度为5mAcm2时2000Hz频率测得：(c)在交流电流密度为20mAcm2时2000Hz频率测得：(d)在交流电流密度为50mAcm2时2000Hz频率测得 Fig.5 Corrosion potentials of the samples in simulated Korla soil solution:(a)measured by 1 Hz frequency;(b)measured by 2000 Hz under AC density of 5 mA.cm;(c)measured by 2000 Hz under AC density of 20 mA.cm;(d)measured by 2000 Hz under AC density of 50 mA.cm2 干扰下，腐蚀电位由负到正则依次为ICCGHAZ、 GCHAZ、母材 CGHAZ和母材.由图5(b)~(d)可见，试样在外加 2.2.2动电位极化曲线交流干扰时的电极电位变化呈明显的正弦曲线形图6为不同交流电流密度干扰下的X100管状，峰值电位随着交流电流密度增加而变大；交流线钢母材、CGHAZ、ICCGHAZ在测试溶液中的动电流密度为5mAcm2时，电极电位振幅从大到小电位极化曲线.由曲线可见，金属阳极极化时表现依次为母材、GCHAZ及ICCGHAZ;交流电流密度为活化溶解特征，阴极极化为吸氧和析氢反应.随为20mAcm2和50mAcm2时，电极电位振幅从大着交流电流密度增加，腐蚀电流密度增大.相同交到小依次为ICCGHAZ、CGHAZ及母材.从热力学流电流密度下，极化曲线显示的腐蚀电位大小排角度，腐蚀电位变负，金属更易腐蚀2，则5mAcm2 序与OCP测量结果一致；不同微观组织材料的阴电流密度干扰时，母材最易腐蚀、其次为GCHAZ、极极化曲线基本重合，说明不同微观组织对腐蚀 ICCGHAZ:在20mAcm2和50mAcm2电流密度体系的还原反应无明显影响；但阳极极化曲线的干扰时，均表现为ICCGHAZ最易腐蚀，其次为电流密度差异明显，在5mAcm2交流电流密度干

干扰下，腐蚀电位由负到正则依次为 ICCGHAZ、 CGHAZ 和母材. 由图 5（b）～（d）可见，试样在外加交流干扰时的电极电位变化呈明显的正弦曲线形状，峰值电位随着交流电流密度增加而变大；交流电流密度为 5 mA·cm−2 时，电极电位振幅从大到小依次为母材、GCHAZ 及 ICCGHAZ；交流电流密度为 20 mA·cm−2 和 50 mA·cm−2 时，电极电位振幅从大到小依次为 ICCGHAZ、CGHAZ 及母材. 从热力学角度，腐蚀电位变负，金属更易腐蚀[25] ，则 5 mA·cm−2 电流密度干扰时，母材最易腐蚀、其次为 GCHAZ、 ICCGHAZ；在 20 mA·cm−2 和 50 mA·cm−2电流密度干扰时，均表现为 ICCGHAZ 最易腐蚀，其次为 GCHAZ、母材. 2.2.2 动电位极化曲线图 6 为不同交流电流密度干扰下的 X100 管线钢母材、CGHAZ、ICCGHAZ 在测试溶液中的动电位极化曲线. 由曲线可见，金属阳极极化时表现为活化溶解特征，阴极极化为吸氧和析氢反应. 随着交流电流密度增加，腐蚀电流密度增大. 相同交流电流密度下，极化曲线显示的腐蚀电位大小排序与 OCP 测量结果一致；不同微观组织材料的阴极极化曲线基本重合，说明不同微观组织对腐蚀体系的还原反应无明显影响；但阳极极化曲线的电流密度差异明显，在 5 mA·cm−2 交流电流密度干 (a) (b) (c) GB UB 100 μm 100 μm 100 μm PF M/A GB UB GB F 图 4 X100 管线钢显微组织. （a）粗晶热影响区；（b）临界再热粗晶热影响区；（c）母材 Fig.4 Optical microstructure: (a) CGHAZ; (b) ICCGHAZ; (c) base steel 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 −0.85 −0.80 −0.75 −0.70 −0.65 −0.60 50 mA·cm−2 20 mA·cm−2 Potential/V 5 mA·cm−2 Time/s Base steel CGHAZ ICCGHAZ (a) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 −1.2 −1.0 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 Base steel 5 mA·cm−2 CGHAZ 5 mA·cm−2 ICCGHAZ 5 mA·cm−2 电位/V Time/s (b) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 −2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0 0.5 1.0 1.5 Time/s Potential/V Base steel 20 mA·cm−2 CGHAZ 20 mA·cm−2 ICCGHAZ 20 mA·cm−2 (c) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 Time/s Potential/V Base steel 50 mA·cm−2 CGHAZ 50 mA·cm−2 ICCGHAZ 50 mA·cm−2 (d) 图 5 X100 管线钢母材和热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀电位. （a）1 Hz 频率测得；（b）在交流电流密度为 5 mA·cm−2 时 2000 Hz 频率测得；（c）在交流电流密度为 20 mA·cm−2 时 2000 Hz 频率测得；（d）在交流电流密度为 50 mA·cm−2 时 2000 Hz 频率测得 Fig.5 Corrosion potentials of the samples in simulated Korla soil solution: (a) measured by 1 Hz frequency; (b) measured by 2000 Hz under AC density of 5 mA·cm−2; (c) measured by 2000 Hz under AC density of 20 mA·cm−2; (d) measured by 2000 Hz under AC density of 50 mA·cm−2 杨永等：交流干扰下 X100 管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 · 897 ·

898 工程科学学报，第42卷，第7期 -0.4 0.3 (a) -0.4 (b) -0.5 -0.5 0.4(c) -0.6 -0.5 -0.7 -0.7 -0.6 -0.8 -0.8 0.7 -0.9 0.8 -1.0 Base mA-cm -1.0 ee20 mA-cm -0.9 Base steel 50 mA-cm- CCH20mAm-: ◆CGHA -1.1 -1.1 -1.0 -1.2 -1.2 -1.1 一6 -5 一4 -3 -6 -5 Ig(Current density/(A.cm-)) Ig(Current density/(A-cm)) Ig(Current density/(A.cm)) 图6X100管线钢母材和热影响区在库尔勒土壤模拟液中极化曲线.(a)交流电流密度为5mAcm2:(b)交流电流密度为20mAcm2:(c)交流电流密度为50mAcm-2 Fig.6 Polarization curves of the samples in simulated Korla soil solution:(a)AC density of 5 mA.cm;(b)AC density of 20 mA.cm;(c)AC density of 50 mA.cm 扰下，母材阳极电流密度最大、其次为GCHAZ, CGHAZ及ICCGHAZ发生了明显的晶界腐蚀，在 ICCGHAZ的最小，在20、50mAcm2交流电流密 GCHAZ晶界位置腐蚀形貌呈缝隙状；而ICCGHAZ 度干扰下，则ICCGHAZ阳极电流密度最大、母材晶界腐蚀形貌呈现大量连续小孔洞，与图4(b)中最小，CGHAZ的居中.可见微观组织差异对金属的M/A岛状组织分布走向一致的阳极溶解速度产生了影响图9为20mAcm2交流电流密度千扰下X100 2.3失重实验钢CGHAZ、ICCGHAZ及母材在测试溶液中浸泡图7为20mAcm-2交流干扰电流密度下X100 220h后的腐蚀形貌.随着浸泡时间延长，试样的钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ在测试溶液中浸泡不均匀腐蚀更加严重，图9(a)、(b)、(c)与(d)、 220h的平均腐蚀速率.可见，不同组织X100钢在 (e)、()分别为未发生严重腐蚀及发生了严重局部 20mAcm2交流电流密度干扰下的腐蚀速率具有腐蚀的形貌.可见，腐蚀较轻处，CGHAZ、ICCGHAZ 明显差别，母材的腐蚀速率（约为0.24mma)最仍表现为明显晶界腐蚀，母材表现为均匀腐蚀；严小，ICCGHAZ腐蚀速率（约为0.36mma)最大，重的腐蚀坑处，CGHAZ、ICCGHAZ晶界与晶粒的 CGHAZ的腐蚀速率（约为0.31mma)居中.失重腐蚀程度差异不再明显实验得到的腐蚀速率大小排序与电化学测试结果致 3分析与讨论 0.40 不同组织的X100管线钢随着交流电流密度 0.35 变化表现出相同的腐蚀行为趋势，但相同交流电 0.30 流密度干扰下的腐蚀行为具有差异.随着交流电 0.25 流密度的增加，腐蚀电位负移、腐蚀电流密度增大 0.20 与已有的交流腐蚀理论分析21及实验结果1-24一 0.15 致.Lalvani等2I利用活化控制下的动力学极化公式，推导出包含交流参数的数学模型，表明腐蚀电 0.05 位变化方向取决于阳极与阴极塔菲尔斜率比R, Base steel CGHAZ ICCGHAZ 当R心1时正向偏移，R<1时负向偏移，R=1时不发 Sample 生偏移.对于图5(a)所示的腐蚀电位先负移、再图7X100钢母材、CGHAZ和ICCGHAZ在20mA·cm2交流千扰下的腐蚀速率正移后趋于稳定的情况，Kuang!2认为是由于交流 Fig.7 Corrosion rates of X100 base steel,CGHAZ,ICCGHAZ under 干扰加速腐蚀而生成了更多腐蚀产物，增厚的腐 AC current densities of 20 mA'cm 蚀产物层使更多阳离子滞留在双电层内造成极化 2.4腐蚀形貌分析电位升高.而50mAcm2交流电流密度下的腐蚀图8为20mAcm2交流电流密度干扰下X100 电位最大负移量小于20mAcm2交流电流密度下钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ在测试溶液中浸泡的情况，应该是由于实验中交流电流密度是逐级 33h的腐蚀形貌.在交流干扰下，所有试样表面都增大的，施加50mAcm2电流密度时试样表面已出现局部腐蚀坑，但单独母材的腐蚀坑更小经形成具有阻碍阳离子迁移能力的腐蚀产物膜

扰下，母材阳极电流密度最大、其次为 GCHAZ， ICCGHAZ 的最小，在 20、50 mA·cm−2 交流电流密度干扰下，则 ICCGHAZ 阳极电流密度最大、母材最小，CGHAZ 的居中. 可见微观组织差异对金属的阳极溶解速度产生了影响. 2.3 失重实验图 7 为 20 mA·cm−2 交流干扰电流密度下 X100 钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 在测试溶液中浸泡 220 h 的平均腐蚀速率. 可见，不同组织 X100 钢在 20 mA·cm−2 交流电流密度干扰下的腐蚀速率具有明显差别，母材的腐蚀速率（约为 0.24 mm·a−1）最小， ICCGHAZ 腐蚀速率（约为 0.36 mm·a−1）最大， CGHAZ 的腐蚀速率（约为 0.31 mm·a−1）居中. 失重实验得到的腐蚀速率大小排序与电化学测试结果一致. Base steel CGHAZ ICCGHAZ 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Corrosion rate/(mm⋅a−1 ) Sample 图 7 X100 钢母材、CGHAZ 和 ICCGHAZ 在 20 mA·cm−2 交流干扰下的腐蚀速率 Fig.7 Corrosion rates of X100 base steel, CGHAZ, ICCGHAZ under AC current densities of 20 mA·cm−2 2.4 腐蚀形貌分析图 8 为 20 mA·cm−2 交流电流密度干扰下 X100 钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 在测试溶液中浸泡 33 h 的腐蚀形貌. 在交流干扰下，所有试样表面都出现局部腐蚀坑，但单独母材的腐蚀坑更小 . CGHAZ 及 ICCGHAZ 发生了明显的晶界腐蚀，在 GCHAZ 晶界位置腐蚀形貌呈缝隙状；而 ICCGHAZ 晶界腐蚀形貌呈现大量连续小孔洞，与图 4（b）中的 M/A 岛状组织分布走向一致. 图 9 为 20 mA·cm−2 交流电流密度干扰下 X100 钢 CGHAZ、ICCGHAZ 及母材在测试溶液中浸泡 220 h 后的腐蚀形貌. 随着浸泡时间延长，试样的不均匀腐蚀更加严重，图 9（ a）、（b）、（ c）与（d）、（e）、（f）分别为未发生严重腐蚀及发生了严重局部腐蚀的形貌. 可见，腐蚀较轻处，CGHAZ、ICCGHAZ 仍表现为明显晶界腐蚀，母材表现为均匀腐蚀；严重的腐蚀坑处，CGHAZ、ICCGHAZ 晶界与晶粒的腐蚀程度差异不再明显. 3 分析与讨论不同组织的 X100 管线钢随着交流电流密度变化表现出相同的腐蚀行为趋势，但相同交流电流密度干扰下的腐蚀行为具有差异. 随着交流电流密度的增加，腐蚀电位负移、腐蚀电流密度增大与已有的交流腐蚀理论分析[28] 及实验结果[21−24] 一致. Lalvani 等[28] 利用活化控制下的动力学极化公式，推导出包含交流参数的数学模型，表明腐蚀电位变化方向取决于阳极与阴极塔菲尔斜率比 R，当 R>1 时正向偏移，R<1 时负向偏移，R=1 时不发生偏移. 对于图 5（a）所示的腐蚀电位先负移、再正移后趋于稳定的情况，Kuang[29] 认为是由于交流干扰加速腐蚀而生成了更多腐蚀产物，增厚的腐蚀产物层使更多阳离子滞留在双电层内造成极化电位升高. 而 50 mA·cm−2 交流电流密度下的腐蚀电位最大负移量小于 20 mA·cm−2 交流电流密度下的情况，应该是由于实验中交流电流密度是逐级增大的，施加 50 mA·cm−2 电流密度时试样表面已经形成具有阻碍阳离子迁移能力的腐蚀产物膜. −6 −5 −4 −3 −1.2 −1.1 −1.0 −0.9 −0.8 −0.7 −0.6 −0.5 −0.4 Potential/V −1.2 −1.1 −1.0 −0.9 −0.8 −0.7 −0.6 −0.5 −0.4 Potential/V −0.3 −1.0 −1.1 −0.9 −0.8 −0.7 −0.6 −0.5 −0.4 Potential/V lg(Current density/(A·cm−2)) lg(Current density/(A·cm−2)) lg(Current density/(A·cm−2)) Base steel 5 mA·cm−2 CGHAZ 5 mA·cm−2 ICCHAZ 5 mA·cm−2 Base steel 20 mA·cm−2 CGHAZ 20 mA·cm−2 ICCHAZ 20 mA·cm−2 Base steel 50 mA·cm−2 CGHAZ 50 mA·cm−2 ICCHAZ 50 mA·cm−2 (a) −7 −6 −5 −4 −3 −6 −5 −4 −3 (b) (c) 图 6 X100 管线钢母材和热影响区在库尔勒土壤模拟液中极化曲线. （a）交流电流密度为 5 mA·cm−2；（b）交流电流密度为 20 mA·cm−2；（c）交流电流密度为 50 mA·cm−2 Fig.6 Polarization curves of the samples in simulated Korla soil solution: (a) AC density of 5 mA·cm−2; (b) AC density of 20 mA·cm−2; (c) AC density of 50 mA·cm−2 · 898 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期

900 工程科学学报，第42卷，第7期电位范围可见电极以反应(1)、(3)为主，由于母材管线钢母材的腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大，的组织比较均匀，腐蚀电极的阴阳极分布相对均 ICCGHAZ的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，匀，有利于吸氧反应的发生，从而整体具有更大的 CGHAZ的腐蚀电位及平均腐蚀速率居中；而在腐蚀活性，平均腐蚀速率更大：而CGHAZ和 20mAcm2和50mAcm2交流电流密度干扰下X100 ICCGHAZ由于在晶界位置有析出相及MWA岛状管线钢的ICCGHAZ腐蚀电位最负、平均腐蚀速组织存在，这些晶界处组织不均匀性使晶界区域率最大，母材的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最的腐蚀活性高于晶粒内部的腐蚀活性，从而造成小，CGHAZ的腐蚀电位及平均腐蚀速率仍居中. 如图8(d)、(e)所示的晶界局部区域的优先腐蚀， (4)在20mAcm2交流电流密度交流千扰下，平均腐蚀速率反而降低，类似于图9(a)、(b)、(c) X100管线钢母材及热影响区都发生局部腐蚀，所展示的形貌.张敏等9研究发现X100管线钢在 CGHAZ、ICCGHAZ表现出明显的晶界腐蚀，酸性环境中的自然腐蚀时，母材腐蚀性能也是低 GCHAZ晶界腐蚀形貌呈缝隙状、ICCGHAZ晶界于焊接接头.在20mAcm2交流电流密度下，由腐蚀形貌呈现连续的小孔洞状；随着交流干扰时图5(c)的极化电位振荡范围可见析氢反应(4)成间延长，严重的局部腐蚀坑处晶界与晶粒腐蚀严为电极主要的阴极反应，此时阳极溶解和氢致阳重性的差异不再明显极溶解可能同时发生作用5,0]，在50mAcm2交参考文献流电流密度下，由图5(d)的极化电位振荡范围可见，在上述反应基础上电极阳极反应开始发生析 [1]Du W,Li H L,Wang H T,et al.Research status of high- 氧反应(2).因此图6(c)中的阴极极化曲线上氧扩 performance oil and gas pipelines in China and abroad.Oil Gas 控制散特征不再明显.交流干扰使过电位大幅增 Storage Transp,2016,35(6):577 (杜伟，李鹤林，王海涛，等.国内外高性能油气输送管的研发现大，从而使试样表面不同区域的腐蚀活性差异对状.油气储运，2016,35(6)：577) 腐蚀的影响程度变小.由于极化电位正负振荡，在 [2] Witek M.Possibilities of using X80,X100,X120 high-strength 腐蚀产物薄弱位置循环发生阴阳极反应，从而造 steels for onshore gas transmission pipelines.J Nat Gas Sci Eng, 成严重的局部腐蚀坑，如图8所示；且严重的局 2015,27:374 部腐蚀坑处晶界与晶粒腐蚀严重性差异不再明 [3] Maes M A,Dann M,Salama MM.Influence of grade on the 显，如图9(d)、(e)、(f)所示.ICCGHAZ和CGHAZ reliability of comroding pipelines.Reliab Eng Syst Saf.2008. 具有更大的平均腐蚀速率，一方面可能由于组织 93(3):447 [4] Liu C H,Liu W,Lu M X.Comparative study on corrosion 的不均匀性使局部腐蚀坑萌生点增多，另一方面 behavior of X60 steel and its welding heat-affected zone.Corros 可能是由于析氢、析氧反应产生的气泡使品界析 Sci Prot Technol,2008,20(3):206 出物在基体遭受阳极溶解后发生整体脱落而增大 (刘成虎，柳伟，路民旭.X60钢及其焊接热影响区的腐蚀行为对了腐蚀速率.总体来说，在库尔勒土壤模拟液中，比研究.中国腐蚀与防护技术，2008,20(3)：206) 小电流交流干扰下，母材腐蚀速率大于ICCGHAZ [5] Fan Z,Liu J Y,Li S L,et al.Microstructure and seawater 和CGHAZ的腐蚀速率，而大电流交流干扰下， corrosion to welding joint of X70 pipeline steel.J Southest Petrol ICCGHAZ和CGHAZ的腐蚀速率大于母材腐蚀 Univ Sci Technol Ed.2009.31(5):171 速率 (范舟，刘建仪，李士伦，等.X70管线钢焊接接头组织及其海水腐蚀规律.西南石油大学学报：自然科学版，2009,31(5)：171) 4结论 [6] Mohammadi F,Eliyan FF,Alfantazi A.Corrosion of simulated weld HAZ of API X-80 pipeline steel.Corros Sci,2012,63:323 (1)交流干扰下的X100管线钢母材、CGHAZ [7] Zhao W,Zou Y,Zou Z D,et al.The corrosion characterization in 及ICCGHAZ在库尔勒土壤模拟液中都表现为活 simulated heat-affected zones of X80 pipeline steel in near-neutral 性溶解特征，腐蚀速率随着交流干扰电流密度的 solution.IntJ Electrochem Sci,2015,10(11):9725 增大而增加 [8] ShiCW,Zhang Y B.Liu P,et al.Effects of second thermal cycles (2)不同交流电流密度干扰下的X100管线钢 on microstructure and COz corrosion behavior of X80 pipeline steel.Int J Electrochem Sci,2018,13(3):2412 极化电位振荡幅值以及微观组织差异对X100管 [9]Zhang M,Li L,Cheng KK,et al.Corrosion behavior of X100 线钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ的平均腐蚀速率 pipeline steel welded joint in acidic environment.Ordnance Mater 及腐蚀形貌具有重要影响 Sci Eng,2018,41(6):1 (3)在5mAcm2交流电流密度干扰下，X100 (张敏，李乐，程康康，等.X100管线钢焊接接头在酸性环境中的

电位范围可见电极以反应（1）、（3）为主，由于母材的组织比较均匀，腐蚀电极的阴阳极分布相对均匀，有利于吸氧反应的发生，从而整体具有更大的腐蚀活性，平均腐蚀速率更大；而 CGHAZ 和 ICCGHAZ 由于在晶界位置有析出相及 M/A 岛状组织存在，这些晶界处组织不均匀性使晶界区域的腐蚀活性高于晶粒内部的腐蚀活性，从而造成如图 8（d）、（e）所示的晶界局部区域的优先腐蚀，平均腐蚀速率反而降低，类似于图 9（a）、（b）、（c）所展示的形貌. 张敏等[9] 研究发现 X100 管线钢在酸性环境中的自然腐蚀时，母材腐蚀性能也是低于焊接接头. 在 20 mA·cm−2 交流电流密度下，由图 5（c）的极化电位振荡范围可见析氢反应（4）成为电极主要的阴极反应，此时阳极溶解和氢致阳极溶解可能同时发生作用[25, 30] . 在 50 mA·cm−2 交流电流密度下，由图 5（d）的极化电位振荡范围可见，在上述反应基础上电极阳极反应开始发生析氧反应（2），因此图 6（c）中的阴极极化曲线上氧扩控制散特征不再明显. 交流干扰使过电位大幅增大，从而使试样表面不同区域的腐蚀活性差异对腐蚀的影响程度变小. 由于极化电位正负振荡，在腐蚀产物薄弱位置循环发生阴阳极反应，从而造成严重的局部腐蚀坑[29] ，如图 8 所示；且严重的局部腐蚀坑处晶界与晶粒腐蚀严重性差异不再明显，如图 9（d）、（e）、（f）所示. ICCGHAZ 和 CGHAZ 具有更大的平均腐蚀速率，一方面可能由于组织的不均匀性使局部腐蚀坑萌生点增多，另一方面可能是由于析氢、析氧反应产生的气泡使晶界析出物在基体遭受阳极溶解后发生整体脱落而增大了腐蚀速率. 总体来说，在库尔勒土壤模拟液中，小电流交流干扰下，母材腐蚀速率大于 ICCGHAZ 和 CGHAZ 的腐蚀速率，而大电流交流干扰下， ICCGHAZ 和 CGHAZ 的腐蚀速率大于母材腐蚀速率. 4 结论（1）交流干扰下的 X100 管线钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 在库尔勒土壤模拟液中都表现为活性溶解特征，腐蚀速率随着交流干扰电流密度的增大而增加. （2）不同交流电流密度干扰下的 X100 管线钢极化电位振荡幅值以及微观组织差异对 X100 管线钢母材、CGHAZ 及 ICCGHAZ 的平均腐蚀速率及腐蚀形貌具有重要影响. （3）在 5 mA·cm−2 交流电流密度干扰下，X100 管线钢母材的腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大， ICCGHAZ 的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小， CGHAZ 的腐蚀电位及平均腐蚀速率居中；而在 20 mA·cm−2 和50 mA·cm−2 交流电流密度干扰下X100 管线钢的 ICCGHAZ 腐蚀电位最负、平均腐蚀速率最大，母材的腐蚀电位最正、平均腐蚀速率最小，CGHAZ 的腐蚀电位及平均腐蚀速率仍居中. （4）在 20 mA·cm−2 交流电流密度交流干扰下， X100 管线钢母材及热影响区都发生局部腐蚀， CGHAZ、 ICCGHAZ 表现出明显的晶界腐蚀， GCHAZ 晶界腐蚀形貌呈缝隙状、ICCGHAZ 晶界腐蚀形貌呈现连续的小孔洞状；随着交流干扰时间延长，严重的局部腐蚀坑处晶界与晶粒腐蚀严重性的差异不再明显. 参考文献 Du W, Li H L, Wang H T, et al. Research status of highperformance oil and gas pipelines in China and abroad. Oil Gas Storage Transp, 2016, 35（6）: 577 （杜伟, 李鹤林, 王海涛, 等. 国内外高性能油气输送管的研发现状. 油气储运, 2016, 35（6）：577） [1] Witek M. Possibilities of using X80, X100, X120 high-strength steels for onshore gas transmission pipelines. J Nat Gas Sci Eng, 2015, 27: 374 [2] Maes M A, Dann M, Salama M M. Influence of grade on the reliability of corroding pipelines. Reliab Eng Syst Saf, 2008, 93（3）: 447 [3] Liu C H, Liu W, Lu M X. Comparative study on corrosion behavior of X60 steel and its welding heat-affected zone. Corros Sci Prot Technol, 2008, 20（3）: 206 （刘成虎, 柳伟, 路民旭. X60钢及其焊接热影响区的腐蚀行为对比研究. 中国腐蚀与防护技术, 2008, 20（3）：206） [4] Fan Z, Liu J Y, Li S L, et al. Microstructure and seawater corrosion to welding joint of X70 pipeline steel. J Southwest Petrol Univ Sci Technol Ed, 2009, 31（5）: 171 （范舟, 刘建仪, 李士伦, 等. X70管线钢焊接接头组织及其海水腐蚀规律. 西南石油大学学报: 自然科学版, 2009, 31（5）：171） [5] Mohammadi F, Eliyan F F, Alfantazi A. Corrosion of simulated weld HAZ of API X-80 pipeline steel. Corros Sci, 2012, 63: 323 [6] Zhao W, Zou Y, Zou Z D, et al. The corrosion characterization in simulated heat-affected zones of X80 pipeline steel in near-neutral solution. Int J Electrochem Sci, 2015, 10（11）: 9725 [7] Shi C W, Zhang Y B, Liu P, et al. Effects of second thermal cycles on microstructure and CO2 corrosion behavior of X80 pipeline steel. Int J Electrochem Sci, 2018, 13（3）: 2412 [8] Zhang M, Li L, Cheng K K, et al. Corrosion behavior of X100 pipeline steel welded joint in acidic environment. Ordnance Mater Sci Eng, 2018, 41（6）: 1 （张敏, 李乐, 程康康, 等. X100管线钢焊接接头在酸性环境中的 [9] · 900 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期

杨永等：交流干扰下X100管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 901· 腐蚀行为分析.兵器材料科学与工程，2018,41(6)：1) 蚀行为.中国腐蚀与防护学报，2017,37(4)：341) [10]Eliyan FF,Alfantazi A.Corrosion of the heat-affected zones [22]Wang X H,Song X T,Chen Y C,et al.Corrosion behavior of X70 (HAZs)of API-X100 pipeline steel in dilute bicarbonate solutions and X80 pipeline steels in simulated soil solution.Int J at 90 C-an electrochemical evaluation.Corros Sci,2013.74:297 Electrochem Sci,2018,13(7):6436 [11]Eliyan F F,Icre F,Alfantazi A.Passivation of HAZs of API- [23]Wang X H,Tang X H,Wang L W,et al.Synergistic effect of stray X100 pipeline steel in bicarbonate-carbonate solutions at 298 K. current and stress on corrosion of API X65 steel.Nat Gas Sci Ma1 er Corros,,2014,65(12:1162 Eng,2014,21:474 [12]Papadakis G A.Major hazard pipelines:a comparative study of [24]Wang X H,Yang G Y,Huang H,et al.AC stray current corrosion onshore transmission accidents.J Loss Prev Process Ind,1999. law of buried steel pipeline.J Chin Soc Corros Prot,2013,33(4): 12(1):91 293 [13]Mustapha A,Charles E A,Hardie D.Evaluation of environment- (王新华，杨国勇，黄海，等.埋地钢质管道交流杂散电流腐蚀规 assisted cracking susceptibility of a grade X100 pipeline steel 律研究.中国腐蚀与防护学报，2013,33(4)：293) Corros Sci,2012,54:5 [25]Wan H X,Song DD,Liu Z Y,et al.Effect of alternating current [14]Kulman F E.Effects of alternating currents in causing corrosion. on corrosion behavior of X80 pipeline steel in near-neutral Corrosion,1961.17(3):34 environment.Acta Metall Sin,2017,53(5):575 [15]Gummow R A,Wakelin R G,Segall S M.AC corrosion-a new (万红霞，宋东东，刘智勇，等.交流电对X80钢在近中性环境中 threat to pipeline integrity?1996 1st International Pipeline 腐蚀行为的影响.金属学报，2017,53(5)：575) Conference.Calgary,1996:443 [26]Zhu M,Du C W,Li X G,et al.Effects of alternating current (AC) [16]Fu Y Q,Wang X T,Chen S L.Stray current detection and frequency on corrosion behavior of X80 pipeline steel in a treatment for buried natural gas pipeline of Nanlang segment.Surf simulated acid soil solution.J Chin Soc Corros Prot,2014,34(3): Technol,.2016,45(2:22 225 (符耀庆，王秀通，陈胜利.南朗段埋地天然气管道杂散电流检 (朱敏，杜翠薇，李晓刚，等.交流电额率对X80管线钢在酸性土测与治理.表面技术，2016,45(2)：22) 壤模拟溶液中腐蚀行为的影响.中国腐蚀与防护学报，2014， [17]Hanson H R,Smart J.AC corrosion on a pipeline located in an 34(3):225) HVAC utility corridor /Corrosion 2004.New Orleans,2004: [27]Li X D,Li X,Wang S X,et al.Influence of cooling rate on NACE-04209 microstructure and impact properties of ICCGHAZ of X100 [18]Liang P,Du C W,Li X G.Simulating and accelerating properties pipeline steel during the second pass thermal cycle.Hear Trear of Kuerle soil simulated solution.J Chin Soc Corros Prot,2011, MeL,2017,42(9):66 31(2):97 (李学达李霞，王世新，等.第二道次焊接热循环冷却速度对 (梁平，杜翠薇，李晓刚.库尔勒土壤模拟溶液的模拟性和加速 X100管线钢临界再热粗品区组织及冲击性能的影响.金属热处性研究.中国腐蚀与防护学报，2011,31(2)：97) 理，2017,42(9)：66) [19]Goidanich S,Lazzari L,Ormellese M.AC corrosion.Part 2: [28]Lalvani S B,Lin X.A revised model for predicting corrosion of parameters influencing corrosion rate.Corros Sci,2010,52(3): materials induced by alternating voltages.Corros Sci,1996, 916 38(10):1709 [20]Lazzari L,Goidanich S,Ormellese M,et al.Influence of AC on [29]Kuang D,Cheng Y F.Understand the AC induced pitting corrosion kinetics for carbon steel,zinc and copper / corrosion on pipelines in both high pH and neutral pH CORROS/ON 2005.Houston,Texas,2005:NACE-05189 carbonate/bicarbonate solutions.Corros Sci,2014,85:304 [21]Wang X L,Yan M C,Shu Y,et al.AC interference corrosion of [30]Li M C,Cheng Y F.Mechanistic investigation of hydrogen- pipeline steel beneath delaminated coating with holiday.Chin enhanced anodic dissolution of X-70 pipe steel and its implication Soc Corros Prot,2017,37(4):341 on near-neutral pH SCC of pipelines.Electrochim Acta,2007, (王晓霖，间茂成，舒韵，等.破损涂层下管线钢的交流电干扰腐 52(28):8111

腐蚀行为分析. 兵器材料科学与工程, 2018, 41（6）：1） Eliyan F F, Alfantazi A. Corrosion of the heat-affected zones (HAZs) of API-X100 pipeline steel in dilute bicarbonate solutions at 90 ℃–an electrochemical evaluation. Corros Sci, 2013, 74: 297 [10] Eliyan F F, Icre F, Alfantazi A. Passivation of HAZs of API‐ X100 pipeline steel in bicarbonate‐carbonate solutions at 298 K. Mater Corros, 2014, 65（12）: 1162 [11] Papadakis G A. Major hazard pipelines: a comparative study of onshore transmission accidents. J Loss Prev Process Ind, 1999, 12（1）: 91 [12] Mustapha A, Charles E A, Hardie D. Evaluation of environmentassisted cracking susceptibility of a grade X100 pipeline steel. Corros Sci, 2012, 54: 5 [13] Kulman F E. Effects of alternating currents in causing corrosion. Corrosion, 1961, 17（3）: 34 [14] Gummow R A, Wakelin R G, Segall S M. AC corrosion――a new threat to pipeline integrity? // 1996 1st International Pipeline Conference. Calgary, 1996: 443 [15] Fu Y Q, Wang X T, Chen S L. Stray current detection and treatment for buried natural gas pipeline of Nanlang segment. Surf Technol, 2016, 45（2）: 22 （符耀庆, 王秀通, 陈胜利. 南朗段埋地天然气管道杂散电流检测与治理. 表面技术, 2016, 45（2）：22） [16] Hanson H R, Smart J. AC corrosion on a pipeline located in an HVAC utility corridor // Corrosion 2004. New Orleans, 2004: NACE-04209 [17] Liang P, Du C W, Li X G. Simulating and accelerating properties of Kuerle soil simulated solution. J Chin Soc Corros Prot, 2011, 31（2）: 97 （梁平, 杜翠薇, 李晓刚. 库尔勒土壤模拟溶液的模拟性和加速性研究. 中国腐蚀与防护学报, 2011, 31（2）：97） [18] Goidanich S, Lazzari L, Ormellese M. AC corrosion. Part 2: parameters influencing corrosion rate. Corros Sci, 2010, 52（3）: 916 [19] Lazzari L, Goidanich S, Ormellese M, et al. Influence of AC on corrosion kinetics for carbon steel, zinc and copper // CORROSION 2005. Houston, Texas, 2005: NACE-05189 [20] Wang X L, Yan M C, Shu Y, et al. AC interference corrosion of pipeline steel beneath delaminated coating with holiday. J Chin Soc Corros Prot, 2017, 37（4）: 341 （王晓霖, 闫茂成, 舒韵, 等. 破损涂层下管线钢的交流电干扰腐 [21] 蚀行为. 中国腐蚀与防护学报, 2017, 37（4）：341） Wang X H, Song X T, Chen Y C, et al. Corrosion behavior of X70 and X80 pipeline steels in simulated soil solution. Int J Electrochem Sci, 2018, 13（7）: 6436 [22] Wang X H, Tang X H, Wang L W, et al. Synergistic effect of stray current and stress on corrosion of API X65 steel. J Nat Gas Sci Eng, 2014, 21: 474 [23] Wang X H, Yang G Y, Huang H, et al. AC stray current corrosion law of buried steel pipeline. J Chin Soc Corros Prot, 2013, 33（4）: 293 （王新华, 杨国勇, 黄海, 等. 埋地钢质管道交流杂散电流腐蚀规律研究. 中国腐蚀与防护学报, 2013, 33（4）：293） [24] Wan H X, Song D D, Liu Z Y, et al. Effect of alternating current on corrosion behavior of X80 pipeline steel in near-neutral environment. Acta Metall Sin, 2017, 53（5）: 575 （万红霞, 宋东东, 刘智勇, 等. 交流电对X80钢在近中性环境中腐蚀行为的影响. 金属学报, 2017, 53（5）：575） [25] Zhu M, Du C W, Li X G, et al. Effects of alternating current (AC) frequency on corrosion behavior of X80 pipeline steel in a simulated acid soil solution. J Chin Soc Corros Prot, 2014, 34（3）: 225 （朱敏, 杜翠薇, 李晓刚, 等. 交流电频率对X80管线钢在酸性土壤模拟溶液中腐蚀行为的影响. 中国腐蚀与防护学报, 2014, 34（3）：225） [26] Li X D, Li X, Wang S X, et al. Influence of cooling rate on microstructure and impact properties of ICCGHAZ of X100 pipeline steel during the second pass thermal cycle. Heat Treat Met, 2017, 42（9）: 66 （李学达, 李霞, 王世新, 等. 第二道次焊接热循环冷却速度对 X100管线钢临界再热粗晶区组织及冲击性能的影响. 金属热处理, 2017, 42（9）：66） [27] Lalvani S B, Lin X. A revised model for predicting corrosion of materials induced by alternating voltages. Corros Sci, 1996, 38（10）: 1709 [28] Kuang D, Cheng Y F. Understand the AC induced pitting corrosion on pipelines in both high pH and neutral pH carbonate/bicarbonate solutions. Corros Sci, 2014, 85: 304 [29] Li M C, Cheng Y F. Mechanistic investigation of hydrogenenhanced anodic dissolution of X-70 pipe steel and its implication on near-neutral pH SCC of pipelines. Electrochim Acta, 2007, 52（28）: 8111 [30] 杨永等：交流干扰下 X100 管线钢及其热影响区在库尔勒土壤模拟液中的腐蚀行为 · 901 ·

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