三种土壤对X70钢腐蚀行为的比较

D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.018 第26卷第5期 北京科技大学学报 Vol.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 三种土壤对X70钢腐蚀行为的比较 杜翠薇”李晓刚四武俊伟”宋义全》徐璟” 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)金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳110016 摘要通过在库尔勒地区现场土壤、实验室内含水饱和土壤和土壤模拟溶液中埋设和浸 泡试样的方法，利用SEM,EDS,XRD等手段以及失重法对X70钢在库尔勒土壤中腐蚀行为进 行了研究.结果表明，在实验期间内，三种不同环境下的腐蚀速率大小顺序为：模拟溶液>现 场土壤>饱和含水土壤.这因为在现场实验中，土壤中存在微生物腐蚀而使X70钢腐蚀速率 较高：在含水饱和土壤中，水分降低了土壤透气性，土壤阻碍了离子交换，腐蚀速率大大降低： 在模拟溶液中，电化学反应非常容易进行，腐蚀速率很高. 关键词X70钢：库尔勒土壤：模拟溶液：土壤腐蚀 分类号TG172.4 土壤腐蚀是地下管道设备腐蚀的主要原因， 为0.0044%，具体实验方法如下. 常常造成很大的损害和损失.研究土壤腐蚀最可 1.1现场埋样 靠的办法是建立土壤腐蚀实验站，进行现场埋 将X70钢试样加工成100mm×60mm×4mm 片，然而周期长，得到数据有限.近年来有些研究 的标准试样，表面经200饼砂纸打磨后，依据文献 者在室内通过不同的方法来加速土壤腐蚀，主要 [3],埋入库尔勒土壤实验站中，平行试样为三 有强化介质法、电偶加速法、电解失重法、间断极 个，深度为1m.8个月后取出，干燥，用RD测腐 化法和干湿交替法，都曾经得到了一定的结果"： 蚀产物成分，经机械方法和化学方法除锈，用 此外国外还在溶液中模拟土壤腐蚀，事实证明 SEM和EDS观察形貌和成分分析，失重法测腐 都是可行的， 蚀速率. 通过在库尔勒地区现场埋片、室内含水饱和 12含水饱和土壤中实验 土壤中和模拟溶液中浸泡实验来研究X70钢的 从埋样现场附近取土，在实验室中经干燥、 腐蚀行为，并对比其差异分析原因，为提出一套 研磨并通过12目筛，然后在105℃下烘干6h备 简洁有效的室内土壤腐蚀实验方法打下基础. 用.同时，将X70经线切割加工成40mm×20mm×3 mm片状，试样用砂纸打磨至1000#并经无水乙 1实验方法 醇清洗后烘干后，浸泡入库尔勒含水饱和土壤 选用X70钢为实验用材，成分（质量分数）为： 中，以饱和甘汞电极为参比电极，32d内连续监 C,0.061%:Si,0.24%;Mn,1.53%:P,0.011%:S, 测自然腐蚀电位的变化.并将试样埋设32d和 0.0009%:Fe余量.土壤介质用我国典型的西部土 64d后取出干燥，用RD测腐蚀产物成分，并在 一库尔勒土壤，其地表含盐量特别高，随深度 去除腐蚀产物后，SEM和EDS观察形貌和成分 增加含盐量逐渐减少，本实验选取通常的管道埋 分析，失重法测腐蚀速率， 设深度1m处的土壤为实验介质，理化性质为 13模拟溶液中浸泡 pH=9.38,全盐含量为0.5320%，C1为0.2317%， 配置库尔勒土壤模拟溶液，其中只考虑CI S0为0.0852%，C0号为0，HC0为0.0106%，Ca+ 和SO的影响，连续检测自然腐蚀电位的变化. 并在溶液中浸泡20d后，将试样取出干燥，刮取 收稿日期2003-12-25杜翠藏女，32岁，副研究员 表面腐蚀产物做RD分析，并去除腐蚀产物后 *科技基础性工作专项资助项目(No.2001DEA30040)和国家 用SEM观察表面形貌，失重法测腐蚀速率， 973"项目(No.19990650)

第 2 6 卷 第 5期 2 0 0 4 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n加 e r s iyt o f S c i e n e e a n d Te e h n oOl yg B e ij ni g V匕】 一 2 6 N O 一 5 o ct 。 2 0 0 4 三种 土壤对 X 70 钢腐蚀行为 的 比较 杜翠薇 ` , 李晓 刚 ’ ,2) 武俊伟 ” 宋 义全 ” 徐 憬 ` , l) 北 京科 技大 学材 料科 学与 工程 学 院腐 蚀 与防 护 中心 , 北京 10 0 0 83 2) 金属 腐蚀 与防 护 国家重 点实验 室 , 沈 阳 110 01 6 摘 要 通 过在 库 尔勒地 区现场 土壤 、 实 验室 内含 水 饱和 土壤 和土 壤模 拟溶 液 中埋 设和浸 泡 试样 的 方法 , 利用 S E M , E D S , X RD 等手 段 以及 失重 法对 X 70 钢 在库 尔勒 土壤 中腐蚀行 为进 行 了研 究 . 结果表 明 , 在 实验 期间 内 , 三 种不 同环 境 下的 腐蚀 速率 大小 顺序 为 : 模 拟溶 液 > 现 场 土壤 > 饱和 含水 土 壤 . 这 因 为在 现场 实验 中 , 土壤 中存 在微 生物 腐 蚀而 使 X 70 钢 腐蚀速 率 较 高 ; 在 含水 饱和 土壤 中 , 水分 降低 了土壤 透气 性 , 土壤 阻碍 了离 子交换 , 腐 蚀速 率大大 降低 ; 在 模拟 溶液 中 , 电化 学反 应 非常 容易 进行 , 腐蚀 速 率很 高 . 关键 词 X 70 钢 : 库 尔勒 土壤 ; 模 拟溶 液 ; 土壤 腐蚀 分 类号 T G 1 72 .4 土 壤腐 蚀 是地 下 管 道设 备腐 蚀 的主要 原 因 , 常常造 成 很大 的损 害和 损 失 . 研究土 壤腐 蚀 最可 靠 的办 法 是 建立 土 壤 腐 蚀 实 验 站 , 进 行 现 场 埋 片 , 然 而周 期长 , 得 到 数据 有 限 . 近 年 来有 些研 究 者 在室 内通 过不 同的方 法来 加速 土 壤腐 蚀 , 主 要 有 强化 介质法 、 电偶 加速 法 、 电解 失 重 法 、 间 断极 化法 和干 湿交 替法 , 都 曾经得 到 了一 定 的结 果〔” ; 此外 国外还 在 溶液 中模 拟 土壤 腐 蚀 口, , 事 实 证 明 都是 可 行 的 . 通 过在 库 尔勒 地 区现 场 埋 片 、 室 内含 水饱 和 土 壤 中和 模 拟 溶液 中浸 泡 实验 来研 究 X 70 钢 的 腐 蚀行 为 , 并对 比 其 差异 分 析 原 因 , 为 提 出一 套 简 洁有 效 的 室 内土壤 腐 蚀 实验 方 法 打 下基 础 . 1 实验 方法 选 用 X 70 钢 为实 验用 材 , 成 分 (质 量 分数 )为 : C , 0 . 0 6 1% : 5 1 , 0 . 2 4% ; M n , 1 . 5 3% ; P , 0 . 0 1 1% ; S , .0 0 0 0 9% : eF 余量 . 土 壤 介质 用我 国 典型 的西 部土 — 库 尔勒 土 壤 , 其地 表 含 盐量 特 别 高 , 随深 度 增 加含 盐量 逐渐 减 少 , 本 实验 选取 通 常 的管道 埋 设 深 度 l m 处 的土 壤 为 实 验 介 质 , 理 化 性 质 为 P H = 9 . 3 8 , 全 盐含 量 为 0 . 5 3 2 0% , C I 一 为 0 . 2 3 1 7% , 5 0 二 一 为 0 . 0 8 5 2 % , C 以 一 为 0 , H C O 歹为 0 . 0 10 6% , C 扩 + 收稿 日 期 加 03 一 12一5 杜翠 薇 女 , 32 岁 , 副研 究 员 * 科技 基础性 工作 专项 资助项 目 ( N .o ZO0l D EA 30 O4 0) 和 国家 ’, 9 7 3 , 项 目 (N o . 19 9 9 0 6 5 0 ) 为 .0 0 0 4 4% , 具体 实验 方 法 如 下 . L l 现场 埋 样 将 X 7 0 钢试 样 加 工 成 10 0 un x 6 0 un x 4 mnI 的标 准 试 样 , 表 面经 2 0 # 砂 纸 打磨 后 , 依 据文 献 3[ ] , 埋 入 库 尔勒 土 壤 实 验 站 中 , 平 行试 样 为 三 个 , 深度 为 l m . 8 个 月后 取 出 , 干 燥 , 用 X R D 测 腐 蚀 产 物 成 分 , 经机 械 方 法 和 化 学 方法 除锈 , 用 S E M 和 E D S 观 察形 貌 和成 分 分析 , 失 重法 测腐 蚀 速率 . 1.2 含水 饱 和 土壤 中实验 从埋 样 现场 附近 取土 , 在实 验 室 中经 干燥 、 研 磨 并 通 过 12 目筛 , 然 后在 105 ℃ 下 烘 干 6 h 备 用 . 同时 , 将 X 70 经线 切割 加工成 40 m m “ 20 ~ ` 3 ~ 片 状 , 试 样 用砂 纸 打 磨至 10 0 # 并经 无水 乙 醇 清 洗 后 烘 干 后 , 浸 泡 入 库 尔 勒 含水 饱 和 土 壤 中 , 以饱 和 甘汞 电极 为参 比 电极 , 32 d 内连 续监 测 自然腐 蚀 电位 的变 化 . 并将 试 样埋 设 犯 d 和 64 d 后 取 出干 燥 , 用 X R D 测腐 蚀 产物 成 分 , 并在 去 除腐 蚀 产物 后 , , , S E M 和 E D S 观 察 形貌 和成 分 分析 , 失 重 法测 腐蚀 速 率 . L 3 模 拟 溶 液 中浸 泡 配 置 库 尔勒 土 壤模 拟 溶液 , 其 中只考 虑 lC - 和 S以 一 的 影 响 , 连续 检 测 自然 腐蚀 电位 的变 化 . 并 在 溶液 中浸 泡 20 d 后 , 将试 样 取 出干 燥 , 刮取 表 面腐 蚀 产物 做 X R D 分 析 , 并 去除腐 蚀 产物 后 用 S E M 观 察表 面 形 貌 , 失 重法 测 腐蚀 速 率 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 05. 018

·530 北京科技大学学报 2004年第5期 2实验结果 示，可以看出不仅发生了严重的均匀腐蚀，还 存在点蚀坑.失重法测腐蚀速率后平均腐蚀速率 X70钢在现场埋设8个月后，表面均匀地生 为4.344gdm'a.在室内含水饱和土壤和土壤模 成了棕红色的腐蚀产物，约有1mm厚，EDS分析 拟溶液中，室温下的自然腐蚀电位随时间的变化 腐蚀产物成分发现各元素原子分数比为A1: 曲线如图2所示.可以看出，在模拟溶液中一开 Si:S:K:Ca:Fe=0.0507:0.2093:0.1027: 始电位迅速下降，在50h内逐渐稳定在-700mV, 0.0157:02100:0.4115,可以看出S含量很高， 然后波动一直很小：而对实际含水饱和土壤， 腐蚀产物的XRD分析表明主要为FeS,FeOOH和 整个试验过程中一直维持在-740mV左右，波动 FeO4,清除腐蚀产物后的表面形貌如图1(a)所 很小. (a (b) (c) 图1X70钢在不同环境中实验后表面形貌.(a)库尔勒现场土壤；)库尔勒含水饱和土壤；（③）库尔勒土壤模拟溶液 Fig.1 Surface morphologyies of X70 steel after experiments in different environments:(a)Ku'erle soil station;(b)Ku'erle soil saturated with water;(c)Ku'erle simulated soil solution 基于库尔勒土壤理化性质配置模拟溶液，在 ·库尔勒土壤模拟溶液中 -640 模拟溶液中浸泡过程中发现第一天表面部分地 库尔勒含水饱和土壤中 被棕红色产物覆盖，并在5d之内能被覆盖完全， 680 表面形貌也发现由均匀腐蚀和点蚀组成，20d 后，表面形貌如图1（©）.可以看出表面由很多细小 -720 的颗粒组成，XRD分析腐蚀产物为FeOOH和 FeO,腐蚀速率为8.5081gdm'a. 整-760 0100200300400500600700 3分析与讨论 腐蚀时间，t/h 通过以上在理化性质相似的不同介质中实 图2自然腐蚀电位随时间变化关系 验发现：在实验期间内，模拟溶液中腐蚀速率最 Fig.2 Variations of Eom as a function of exposure time 大，现场土壤中次之，而在室内含水饱和土壤中 在室内土壤含水饱和土壤中浸泡32d和64d 腐蚀速率最低.腐蚀形貌的观察表明：在实际土 后，表面呈不完全腐蚀状态，部分被棕红色腐蚀 壤中均匀腐蚀和点蚀都有发生：在含水饱和土壤 产物覆盖，表面形貌如图1b)所示.腐蚀产物 中，表面非常不平整，主要为均匀腐蚀，也有轻微 XRD分析发现腐蚀产物埋设32d时主要为FeO 点蚀痕迹：而在模拟溶液中，表面由腐蚀后的细 和Fe0,而在64d时则主要有Fe0和FezO.同时， 小的颗粒组成，非常均匀，为均匀腐蚀. 在对埋设32d后的腐蚀产物EDS分析表明， 腐蚀产物EDS分析结果中的Al,Mg,Ca都来 主要原子的原子分数的比为Si:S:Mm:Fe= 自于土壤，S可能是试样中合金元素溶解的结 0.0184:0.0078:0.0154:09580,并将去除表面 果，也有可能是土壤中的.S在X70钢中含量极 腐蚀产物后发现存在点蚀坑，32d和64d后的腐 低，在库尔勒土壤中含量也有限，而现场试验的 蚀速率分别为0.79,0.63gdm'a. 腐蚀产物中，S元素的原子分数高达0.1027.这说

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 4 年 第 5 期 2 实验 结 果 X 70 钢在现场 埋 设 8 个月后 , 表 面 均 匀地 生 成 了棕 红色 的腐 蚀产 物 , 约有 l r n r n 厚 , E D S 分 析 腐 蚀 产 物 成 分 发 现 各 元 素 原 子 分 数 比 为 A :I 5 1 : S : K : C a : F e 二 0 . 0 5 0 7 : 0 . 2 0 9 3 : 0 . 10 2 7 : 0 . 0 15 7 : 0 . 2 10 0 : 0 . 4 11 5 , 可 以看 出 S 含 量很 高 , 腐 蚀 产物 的 X R D 分析 表 明 主要 为 F es , F e 0 O H 和 F e , 0 4 , 清 除腐 蚀 产物后 的表 面 形貌 如 图 1 (a) 所 示 . 可 以看 出 不仅 发 生 了严 重 的均匀 腐 蚀 , 还 存 在点蚀坑 . 失重法 测腐蚀速 率 后平 均腐蚀 速率 为 .4 3科 创如恤 . 在 室 内含 水 饱和 土 壤和 土 壤模 拟 溶液 中 , 室温 下 的 自然 腐蚀 电位 随 时 间的变化 曲线如 图 2 所示 . 可 以看 出 , 在 模拟 溶液 中一开 始 电位迅 速 下 降 , 在 50 h 内逐渐 稳定 在 一 7 0 m v , 然 后 波 动 一直 很 小 ; 而对 实 际 含水 饱 和 土 壤 , 整 个试 验 过程 中一 直 维持 在 一 7 40 m V 左右 , 波动 很 小 . 图 1 X 7 0 钢在 不同环 境 中实验后 表面 形貌 . (a) 库 尔勒现场 土壤 ; 伪)库尔勒 含水饱 和土 壤 ; (3 )库 尔勒 土坡模 拟溶液 F 啥 · 1 S u r 血 c e m o 印h o l o gy i e s o f X 7 0 s et l a fet r ex p e r 恤 e n st in d i幻er r e n t e n v i or n . e n st : ( a ) K u , e r le s 0 U s t a iot n : ( b ) K u , e r l e 知让 s a t u r a t ed w i t h w a et r ; ( e ) K u l e r le s而u la t ed s o U s 0 l u iot n 土壤模拟溶液 中 曰 荀4 0 口 叻、 口 . 韶 毫、 8。 堵 划 刀 2 0 留 彭 超 一 7 6 0 水饱和土壤中 沪丫魂 二几 . 一 厂 、 入 基 于库 尔勒 土 壤理 化性 质配 置 模拟 溶液 , 在 模 拟 溶 液 中浸 泡 过 程 中发 现 第 一天 表 面 部 分地 被 棕 红 色 产物 覆盖 , 并在 s d 之 内能 被覆 盖完 全 , 表 面 形 貌 也 发 现 由均 匀 腐 蚀 和 点 蚀 组 成 . 20 d 后 , 表 面形貌 如 图 l( c) . 可 以看 出表面 由很 多细小 的颗 粒 组成 , X R D 分析 腐 蚀 产物 为 eF O O H 和 F e 3 q , 腐蚀 速 率 为 8 . 50 8 1 9 /d m Za . 0 1 00 2 0 0 3 00 4 00 5 0 0 6 0 0 7 0 0 腐 蚀时 间 , t/ h 图 2 自然腐 蚀 电位 随时 间变 化关 系 F ig . 2 Va r 认it o n s o f E e听 a s a fu n e it o n o f e x P o s u er it m e 在 室 内土壤 含 水饱 和 土壤 中浸泡 犯 d 和 64 d 后 , 表 面呈 不完 全 腐蚀 状 态 , 部 分被 棕 红色 腐蚀 产物 覆盖 , 表面 形貌 如 图 1 (b) 所示 . 腐蚀 产物 X R D 分析 发现 腐 蚀产 物埋 设 32 d 时主 要 为 F 伪以 和 F e 2 0 3 , 而 在 6 4 d 时则主 要有 F e O 和 F e Z O ; . 同时 , 在 对 埋 设 32 d 后 的腐 蚀 产 物 ED S 分 析 表 明 , 主要 原 子 的 原 子 分 数 的 比 为 iS : S : M h : F e二 0 . 0 18 4 : 0 . 0 0 7 8 : 0 . 0 15 4 : 0 . 9 5 8 0 , 并 将 去除表 面 腐蚀 产物 后发 现 存在 点蚀 坑 , 32 d 和 64 d 后 的腐 蚀 速 率分 别为 .0 79 , .0 63 留dm 、 . 3 分析 与讨 论 通 过 以上在 理 化 性 质 相 似 的 不 同介 质 中实 验 发现 : 在 实验 期 间 内 , 模 拟 溶液 中腐蚀 速率 最 大 , 现 场 土壤 中次之 , 而在 室 内含 水 饱和 土壤 中 腐蚀 速 率 最低 . 腐蚀 形貌 的观 察表 明 : 在 实 际土 壤 中均匀 腐蚀 和 点蚀 都有 发生 ; 在含 水饱 和土 壤 中 , 表面 非常 不平 整 , 主要 为均 匀腐 蚀 , 也有轻微 点蚀 痕 迹 ; 而 在模拟 溶液 中 , 表 面 由腐蚀 后 的细 小 的颗 粒组 成 , 非常 均匀 , 为均 匀腐 蚀 . 腐 蚀 产物 E D S 分 析结 果 中 的 lA , M g , C a 都 来 自于 土 壤 , iS 可 能是 试样 中合 金元 素溶 解 的 结 果 , 也 有可 能 是土 壤 中 的 . 5 在 X 70 钢 中含 量 极 低 , 在 库尔 勒 土壤 中含 量 也有 限 , 而 现 场试 验 的 腐 蚀产 物 中 , S 元素 的 原子 分数 高达 0 . 102 7 . 这说

VoL26 No.5 杜翠薇等：三种土壤对X0钢腐蚀行为的比较 ·531◆ 明在实验过程中，S元素发生了反应而产生了S 在模拟溶液中自然腐蚀电位要高于饱和土壤约 的偏聚.在含水饱和土壤实验的腐蚀产物EDS分 60mV,因此腐蚀速率进一步加快，此外，还可以 析中，没有S元素存在.XRD实验结果也表明，在 得出腐蚀发生的机理如下， 现场实验的腐蚀产物中有铁的疏化物出现，而在 阳极过程： 含水饱和土壤和模拟溶液中只有铁的氧化物存 Fe-2e=Fe":Fe*+20H--Fe(OH)-FeO+H,O 在，与EDS分析结果相符，由此，可以说明在现场 2Fe(OH)2+1/2O2+H20-2Fe(0H)h 实验中，X70钢发生了微生物腐蚀，而在含水饱 Fe(OH),→FeOOH+HO 和土壤和模拟溶液中则没有发生. 2Fe(OH)2→-FeO·3H2O→Fe,O,+3H2O 英国和美国的研究者曾在20世纪70年代估 阴极过程： 算，在埋地腐蚀中至少有50%以上来自微生物腐 O2+2H20+4e→40H 蚀，说明微生物腐蚀发生的非常普遍.微生物腐 SO+4H,0+8e→S2-+80H 蚀是一种电化学腐蚀，所不同的是介质中因腐蚀 总反应： 微生物的繁衍和新陈代谢而改变了与之相接触 4Fe+302+2Fe03 的材料界面的某些理化性质.习惯上将细菌腐蚀 5Fe+30,+SO+4H,O-2Fe,O,+FeS+80H 分为厌氧腐蚀和好氧腐蚀.实际上在生物膜与细 此外还存在其他菌类发生的还原反应 菌群体之中，多种菌类是共处一起的，在发生厌 氧腐蚀的同时，也在发生好氧腐蚀. 4结论 土壤中参与腐蚀的细菌有硫酸盐还原菌 (1)在三种不同库尔勒土壤环境下，腐蚀速率 (SRB)、中性硫化菌(SOB)、嗜酸硫化菌、好氧异 大小的顺序为：模拟溶液>现场土壤>饱和含水 氧菌和真菌5种.其中SRB为主要的厌氧腐蚀 土壤 菌，在各实验站中广泛分布：好氧异氧菌也在各 (2)腐蚀产物XRD和EDS分析表明，在饱和 站广泛分布，1g土中有10~10'个，主要取决于土 含水土壤和模拟溶液中阴极反应主要为氧的去 壤透气性和底面植被状况.中性和嗜酸硫化菌是 极化，在现场土壤中还存在硫酸盐的还原反应， 好氧自养菌，更多地受作为能源的还原性硫化物 (3)在现场实验中，土壤中存在微生物腐蚀而 和能源的影响，1g土通常中有10~10.真菌作为 使X70钢腐蚀速率较高；在含水饱和土壤中，土 一种好氧菌，1g土通常中有10以上例.在库尔勒 壤和水分阻碍了土壤透气性和离子交换，腐蚀速 土壤腐蚀站中X70埋设处土壤的微生物分析结 率很低：在模拟溶液中，电化学反应更加迅速进 果如下：1g中硫酸盐还原菌为4.5个，中性硫化 行，腐蚀速率很高 菌为2.5个，嗜酸疏化菌为0个，异养菌为7.2×10 个，真菌为520个：水含量为2.2%（质量分数）.可 参考文献 以看出基本上几种腐蚀性菌类都存在. 1董超芳，李晓刚，武俊伟，等，土壤腐蚀的实验研究 从上面分析可以确定腐蚀速率存在差别的 及数据处理[J].腐蚀科学与防护技术，2003,15(3)： 原因.库尔勒地区年平均降水量52.6mm,蒸发量 154 2788.2mm,蒸发量为降水量的53倍o,地面含水 2 Kim J G,Kim Y W.Cathodic protection criteria of ther- 量很低，在试样表面很难形成连续的电解液，而 mally insulated pipeline buried in soil [J].Corros Sci, 大量微生物的存在导致了在现场发生严重的腐 2011,43:2011 蚀，包括点蚀和均匀腐蚀：在含水饱和土壤中，由 3全国土壤腐蚀试验网站编.材料土壤腐蚀试验方法 于含水量高，类似于溶液中的腐蚀情况，而土壤 M.北京：科学出版社，1990 在一定程度上阻碍了离子的交换和透气性，因此 4 Standard Practice for Breparing,Cleaning,and Evaluating Corrosion Test Specimens [S].ASTM Designation G1, 在发生均匀腐蚀的同时有不太明显的点蚀发生， 1999 并且在实验前对土壤的处理去除了几乎全部的 5林建，朱国文，孙成，等.金属的微生物腐蚀】.腐 微生物，也导致了腐蚀速率较低：在模拟溶液中， 蚀科学与防护技术，2001,13(5)：279 离子交换更加容易，电化学反应进行得更为迅 6刘玉秀，刘贵昌，战广深.疏酸盐还原菌引起的微生 速，主要以均匀腐蚀为主，电位监测液可以发现 物腐使的研究进展】.腐蚀与防护，2002,23(6)：245

V b L 2 6N O 一 5 杜 翠薇等 : 三种 土 壤对 X 70 钢腐 蚀 行为 的 比较 明在 实验 过程 中 , S 元 素 发 生 了反 应 而产 生 了 S 的偏 聚 . 在 含 水饱 和 土壤 实验 的腐蚀 产物 E D S 分 析 中 , 没 有 S元 素 存 在 . X R D 实验 结 果也 表 明 , 在 现场 实验 的腐蚀 产物 中有 铁 的硫 化物 出现 , 而在 含水 饱 和 土 壤 和 模拟 溶液 中只 有 铁 的 氧 化物 存 在 , 与 ED S 分析 结 果相 符 . 由此 , 可 以说 明在 现场 实验 中 , X 70 钢 发 生 了微 生 物 腐蚀 , 而 在 含水 饱 和土 壤 和模 拟 溶液 中则 没有 发 生 . 英 国和 美 国的研究 者 曾在 20 世 纪 70 年代 估 算 , 在埋 地腐 蚀 中至少 有 50 % 以上来 自微 生 物腐 蚀 〔5 , , 说 明微 生物 腐蚀 发生 的 非常普 遍 . 微 生物 腐 蚀 是一 种 电化 学腐蚀 , 所不 同的是 介质 中因腐 蚀 微 生 物 的繁 衍 和 新 陈 代 谢 而 改变 了与 之 相 接 触 的材料 界面 的某些 理化 性质 . 习 惯 上将细 菌腐 蚀 分 为厌氧 腐 蚀和 好氧 腐 蚀 . 实 际上 在生 物膜 与 细 菌 群体 之 中 , 多种 菌类 是 共 处一 起 的 , 在 发 生厌 氧 腐蚀 的同 时 , 也 在发 生 好氧 腐 蚀间 . 土 壤 中 参 与 腐 蚀 的 细 菌 有 硫 酸 盐 还 原 菌 ( S R B ) 、 中性 硫 化 菌 ( S O B ) 、 嗜 酸硫 化 菌 、 好氧 异 氧菌 和 真菌 5 种 . 其 中 S R B 为 主要 的厌 氧腐 蚀 菌 , 在 各 实验 站 中广 泛 分布 ; 好 氧异 氧 菌 也在 各 站广 泛分 布 , 1 9 土 中有 10 3一 10 , 个 , 主要 取 决 于土 壤透气 性和 底 面植 被状 况 . 中性和 嗜 酸硫 化 菌是 好 氧 自养菌 , 更 多地受 作 为 能源 的还 原性 硫化 物 和 能源 的影 响 , 1 9 土通 常 中 有 10 一 10 , . 真 菌作 为 一 种好 氧 菌 , 1 9 土 通 常 中有 10 , 以上`9] . 在 库 尔勒 土 壤腐 蚀 站 中 X 70 埋 设 处 土壤 的微 生物 分 析 结 果 如下 : 1 9 中硫 酸盐 还 原 菌 为 .4 5 个 , 中性硫 化 菌 为 .2 5 个 , 嗜 酸硫 化 菌 为 0 个 , 异 养菌 为 .7 2 “ 10 , 个 , 真 菌 为 5 2 0 个 : 水 含 量为 .2 2% (质 量 分 数 ) . 可 以看 出基本 上 几种 腐 蚀 性菌 类 都 存在 . 从 上 面分 析 可 以确 定 腐 蚀 速 率 存 在 差 别 的 原 因 . 库 尔 勒地 区年 平 均 降水 量 52 .6 m 幻口, 蒸 发量 2 7 s s . Z m m , 蒸 发量 为 降水 量 的 5 3 倍 `,。 , , 地 面含 水 量 很 低 , 在 试样 表 面 很难 形 成 连续 的 电解 液 , 而 大 量 微 生物 的存 在 导 致 了在 现场 发 生严 重 的腐 蚀 , 包 括 点蚀和 均匀 腐 蚀 ; 在含 水饱 和 土壤 中 , 由 于 含水 量 高 , 类 似 于 溶液 中的 腐蚀 情 况 , 而 土 壤 在 一定 程度 上 阻碍 了离 子 的交 换和 透气 性 , 因此 在 发生 均匀 腐蚀 的同 时有不 太 明显 的 点蚀 发生 , 并 且在 实验 前 对 土 壤 的 处理 去除 了几 乎 全 部 的 微 生物 , 也 导致 了腐蚀 速 率较 低 ; 在模 拟 溶液 中 , 离 子 交换 更 加 容 易 , 电化 学 反应 进 行 得 更 为迅 速 , 主 要 以均 匀 腐蚀 为主 , 电位 监 测液 可 以发现 在 模 拟 溶 液 中 自然 腐 蚀 电位 要 高于 饱 和 土 壤约 6 0 m V , 因此腐 蚀速 率进 一 步加 快 . 此 外 , 还 可 以 得 出腐 蚀 发 生 的机理 如 下 . 阳 极过 程 : F e 一 Z e二 F e , + ; F e +2 + ZO H 一 F e (O H ) 2 一 F e O+ H 2 0 Z F e (O H ) 2+ l /2 0 2+ H 2 0 一 Z F e (O H ) 3 F e (O H ) ,一 F e 0 O H + H 2 0 Z F e (O H ) ,一 F e Z O 3 · 3 H Z O 一 F e 2 0 3+ 3 H 2 0 阴极 过程 : 0 2+ Z H Z O+ 4 e 一 ~ 4 0 H - S以 一 + 4 H Z O+ s e一 5 2一 + SO H - 总 反应 : 4 F e + 3 0 2 一 Z F e Z O , S F e + 3 0 2+ S以 一 + 4 H 2 0 一 Z F e Z O 3+ F e S + SO H - 此 外还 存 在 其他 菌类 发 生 的还 原 反应 . 4 结论 ( l) 在三 种 不 同库 尔 勒土 壤环 境下 , 腐蚀速 率 大 小 的顺 序 为 : 模 拟溶 液 > 现场 土 壤 > 饱 和含 水 土壤 . (2 ) 腐 蚀 产物 X RD 和 E D S 分析 表 明 , 在饱 和 含 水土 壤 和 模 拟 溶液 中 阴极 反 应 主要 为氧 的 去 极 化 , 在现 场 土 壤 中还存 在 硫 酸 盐的 还 原反 应 . (3 )在现场 实 验 中 , 土 壤 中存 在微 生物 腐蚀 而 使 X 70 钢 腐蚀 速 率 较 高 : 在 含水 饱和 土 壤 中 , 土 壤 和水 分 阻碍 了土 壤透 气性 和 离子 交换 , 腐蚀 速 率 很低 ; 在 模拟 溶 液 中 , 电化 学反 应更 加 迅速 进 行 , 腐 蚀 速 率很 高 . 参 考 文 献 1 董 超 芳 , 李 晓刚 , 武 俊 伟 , 等 . 土壤 腐 蚀的 实验研 究 及 数据 处理 [J] . 腐蚀 科 学与 防护技 术 , 2 0 0 3 , 1 5 (3 ) : 1 5 4 2 K im J G , K i m Y W. C a th o d i e P r o t e e ti o n e r i t e ir a o f ht e r - m a l ly 2 0 1 1 , P IP e l ine b iur e d in 5 0 11 [ J ] . C o r o s S e i , 4 3 : 2 0 1 1 3 全 国土 壤腐 蚀试 验 网站编 . 材料 土壤 腐 蚀试验 方法 【M ] . 北 京 : 科 学 出版 社 , 19 9 0 4 S ant d ar d P r a ct i e e fo r B er Par i n g , C l e an i n g , an d E v a l u at i n g C o or s i o n eT s t S P e e而e n s [ S ] . A S T M D e s i gn at i o n G I , 19 9 9 5 林 建 , 朱 国文 , 孙 成 , 等 . 金属 的微 生物 腐蚀 [J] . 腐 蚀科 学 与 防护技 术 , 2 0 0 1 , 1 3 ( 5) : 2 7 9 6 刘 玉 秀 , 刘 贵 昌 , 战广 深 . 硫 酸盐还 原菌 引起 的微 生 物腐蚀 的研 究进展 [J] . 腐蚀 与防护 , 2 0 02 , 2 3 (6) : 2 45

·532· 北京科技大学学报 2004年第5期 7王光雍，王海江，李兴濂，等.自然环境的腐蚀与防9樊友军，皮振邦，华萍，等.微生物腐蚀的作用机 护M.北京：化学工业出版社，1997 制与研究方法现状[).材料保护，2001,345)：18 8凌云，陈志刚.材料的微生物腐蚀研究与进展). 10周华，李全胜，朱瑞成.新疆库尔勒地区盐渍土的 江苏理工大学学报，2000,21(1)：53 工程地质特征[).西部探矿工程，2000(3)：37 Corrosion Behavior Comparison of X70 Steel in Three Different Environments DU Cuiwei,LI Xiaogang2,WU Junwei,SONG Yiquan,XU Jing" 1)Corrosion and Protection Center,Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083, China 2)State Key Laboratory for Corrosion and Protection,Shenyang 110016,China ABSTRACT Corrosion behaviors of X70 steel in the environments of Ku'erle soil corrosion station,soil saturated with water and simulated soil solution were studied by means of macroscopical observations,SEM,EDS,XRD, weight-loss method etc.The results revealed that the ranking of corrosion rate from the biggest is simulated soil sol- ution,Ku'erle field soil,and soil saturated with water.It can be explained that the occurrence of microbiologically influenced corrosion leads to a high corrosion rate of X70 steel in Ku'erle field soil.In soil saturated water,water reduces the permeability of air,and soil blocks the ion exchange of X70 steel,which result in a low corrosion rate. In simulated soil solution,electrochemical reactions are easiest to take place,so the corrosion rate is the highest. KEY WORDS X70 steel;Ku'erle soil;simulated solution;soil corrosion 架解架牌解架架架架架邵架邵邵架邵牌醉R醉架架醉的霹辟解醉架深平醉碎醉邵碎架 (上接第501页) Analysis of Surface Magnetic Field on High-resolution Magnetic Rotary Encoders and Design for AMR Magnetic Heads WANG Lijin2,HU Qiang,TENG Jiao,ZHU Fengwu 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Magnetism,Institute of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China ABSTRACT Based on the theory of static magnetic field,the surface magnetic field on the high-resolution multi- pole magnetic drum for a magnetic rotary encoder was analyzed.The visual curves of the surface magnetic field distribution were obtained by numerical calculation and plotting.A good AMR magnetic head for the magnetic ro- tary encoder was designed.The results of theoretical analysis and practical test were contrasted.The results are ac- corded in the output signal's shape and amplitude of the AMR magnetic head and its multi-freqency characteristic. KEY WORDS magnetic rotary encoder;anisotropic magnetic resistance(AMR);MR magnetic head

一 5 3 2 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4 年 第 5 期 王光雍 , 王海江 , 李 兴镰 ,等 . 自然环 境 的腐蚀 与 防 护 IM I . 北京 : 化学工 业 出版社 , 19 9 7 凌 云 , 陈志 刚 . 材料 的微 生物 腐蚀研 究 与进展 1[J . 江 苏理 工大学 学报 , 2 0 0 0 , 2 1 ( l ) : 5 3 9 樊友 军 , 皮振 邦 , 华萍 , 等 . 微生物 腐蚀 的作用 机 制与 研究方 法现 状 [J] . 材料保 护 , 2 0 01 , 34( 5) : 18 10 周华 , 李全胜 , 朱瑞 成 . 新疆 库尔勒 地 区盐渍 土的 工程地 质特 征 明 . 西部探 矿工 程 , 2 0 0 (3 ) : 37 C o or s i o n B e h va i o r C o m P ar i s o n o f X 7 0 S t e e l i n T h r e e D i fe r e n t E vn i r o n m e nt s D U uC iw e i , ), IL 」几a 口g a n g l , , ), 砰 U uJ n* e i ,气S 口刀召 狗 u a n , , , 尤U iJ n g l , l ) C o mr s i o n an d P oert ct i o n C e nt e r, M at e ir a l s S e i e n e e an d E吃in e er ign S e h o o l , U n iv e rs ity o f s e i e cn e an d eT e lm o l o gy B e ij in g , B e ij ign l oo 0 8 3 , C h in a 2) S at t e K 即 L ab o r at o ry ofr C o or s i o n an d P m t e e t i o 氏 S h e n y an g 110 0 16 , C h in a A B S T R A C T C o r o s i o n b e h a v i o r s o f X 7 0 st e e l i n ht e e vn ior n r n e n t s o f K u , er l e 5 0 11 e o or s i on s at i on , 5 0 11 s at ur at e d 嫩ht w a t e r an d s加 u l aet d s o i] s o l u it on w e r e s ot d i e d by m ean s o f m a e or s c op i e a l o b s ver a it o n s , S E M , E D S , X RD , w e igh t 一 1 0 5 5 m e th o d e t c . hT e er s u l t s ver e a l e d th a t ht e r a nk ign o f e o r o s ion art e for m ht e b i g g e s t i s s im ul at e d s o il s o l - ut i o n , K u l e r l e if e l d 50 11 , an d 5 0 11 s al 池 r at e d w it h w a t e .r It e an b e e xP l a in e d ht at het o e e u r e cn e o f m i e or b i o l o g i e a lly 访月u e n e e d e or o s i o n l e ad s t o a h i g h c o 口o s ion r at e o f X 70 s et e l in uK , e r l e if e l d 50 11 . nI 5 0 11 s at ur at e d w a t e r, w at e r er du e e s ht e P e mr e ab ili yt o f iar, an d s o i l b l o c kS ht e ion e x e h a n g e o f X 7 0 s t e e l , w h i e h r e s ul t i n a l o w e o or s i o n r a t e . nI s im u l at e d 5 0 11 s o l iut o n , e l e e tr o e h e m i e a l er a e t i o n s ar e e a s i e s t t o t ak e P l ac e , 5 0 ht e e o or s i o n art e 1 5 ht e h ihg e s t . K E Y W O RD S X 7 0 s t e e l; K u , e ir e 5 0 11; s im u l at e d s o lut i o n ; 5 0 11 e or o s i o n (上接第 5 0 1 页) A n a ly s i s o f S ur fa c e M a gn e t i e F i e ld o n H i g h 一 r e s o lut i o n M a g n e t i e R o t a yr E n e o d e r s an d D e s ign fo r A M R M a gn e t i e H e a d s 恻刃G L ij’ ln, )z, H U Qia 心气 Z石 N G iaJ 口 ,气Z 万U eF n g w lu) l ) M at ier al s S e i e n e e an d Egn i n e e ir n g S e h o o l , U n i v e rs ity o f s e i e nc e an d eT c hn o 1 0 g y B e ij ing , B e ij ign l 00 0 8 3 , C h in a 2 ) S ta e K 即 L ab o rat o 叮 o f M a g n et i s m , I n st i t u t e o f P hy s i e s , C h i n e s e A e ad e m y o f s e i e n e e s , B e ij ign 1 00 0 80 , C h i n a A B S T R A C T B a s e d o n ht e t h e o ry o f s t iat e m a g n e it e if e ld , th e s也fa c e m a gn e t i c if e l d on t h e h i g h 一 er s o l ut i o n m u lt i - P o l e m a gn e t i c d ur m for a m a g n iet e or t a yt en e o der wa s an al y z e d . hT e v i s ual vcuer s o f ht e s ur fa e e m a g n et i e if e ld id s itr b iut o n w e er o b at in e d by n 切m e ir e a l e a l e u lat i o n an d P IOt in g . A g o o d A M丑 m a g n e t i e he a d for het m a gn e t i e or - t田下 e n e o d e r wa s d e s ign e d . hT e er s ult s o f ht e oer ti e a l an a ly s i s an d P acr t i c a l t e s t we er e o ntr a s t e d . hT e r e s ul t s ar e a e - e o r d e d i n ht e o u t Put s ign a l , 5 s h aP e an d am P li ut d e o f ht e A M R m a gn e it e h e ad an d it s m u l t i 一 fr e q e n e y e h a r a c t ier st i e . K E Y W O RD S m a gn et i c r o t田下 en e o d e r : an i s o otr P i e m a g n e t i e r e s i s t a n c e ( A M R ) ; M R m a g n e t i e h e ad