第1期 聂向晖等：温度对Q235钢在大港土中腐蚀行为和机理的影响 .51. 的控制步骤，此外，从图5(c)还可以看出，随温度升 斜率（表3中的b)较大；当极化值超过这个区间 高其阻抗谱模值逐渐减小，即温度增加促进了电极 后，随极化值增加，电极反应速度迅速增大，这种现 反应的进行.利用ZSimpWin软件，对其EIS结果 象的出现主要有两种可能：在电极表面生成了具有 进行R(Q(R:W))等效电路拟合（图6）·其中R 阻碍作用的腐蚀产物膜的影响10；在电极反应初 为介质电阻；Q为电极表面非理想态双电层电容； 期，试样表面反应速度较快，在阳极极化过程中生成 B,为电荷转移电阻；W为半无限扩散层Warburg 了较多的F2+,由于土壤中传质过程缓慢，在电极 阻抗.等效电路拟合结果见表5，其电荷转移电 表面附近土壤中F2+离子浓度较高，阻滞了阳极反 阻随温度的变化情况见图7， 应的进行 从图2还可以看出，随温度升高，在100~ 200mV极化区域内E1gI曲线的斜率(ba)逐渐减 小；这主要是由于电极表面反应速度和反应产物在 土壤中的扩散速度逐渐增加而造成的，随温度增 加，ba的数值从20℃时的901mV减小到70℃时的 图6等效电路 164mV(表3)，其与温度之间近似呈指数下降关系， Fig.6 Equivalent circuit 两者之间可以用6，=14.2+4593.5cx一司 表5等效电路拟合结果 关系式进行拟合，其中T为温度，℃，ba随温度的变 Table 5 Parameters of the equivalent circuit T/℃R./n0a/ss) 化及拟合结果见图8.此外，表3中的阴极Tafel斜 R,/Q W/(Ss0.5) 20 6.2 2.70×10-40.803 率b。的数值随温度升高逐渐增大，其数值从20℃ 862 1.70×10-3 时的96mV,增加到70℃时的202mV;这表明随温 30 5.3 2.40X10-4 0.805 604 1.40×10-3 40 7.9 2.80×10-4 度增加，阴极过程中的扩散控制作用越来越明显 0.792 402 3.20×10-3 50 8.4 3.20×10-40.805 232 3.60X10-3 1000 900 60 5.1 5.90×10-4 0.725 127 1.00×10-2 800 ■实验数据 70 4.0 9.90×10-4 0.729 59 6.90×10-3 一拟合曲线 700 600 500 400 800 300 200 600 100L 30 40 50 60 70 400 温度/ 200 图8Q235钢在不同温度的大港土中的b.及拟合结果 Fig-8 b of Q235 steel in Dagang soil at different temperatures and 20 30 40 50 60 fitting curve 温度/℃ 线性极化技术是腐蚀速率测量的一种重要手 图7不同温度下Q235钢的电荷转移电阻R, 段，利用Stern公式可以由线性极化电阻R。计算出 Fig7 Charge transfer resistance R of Q235 steel at different tem- 腐蚀电流，其中B值一般可通过Tafel斜率或腐蚀 peratures 失重来获得，对于活性区均匀腐蚀，B值一般在 17~26mV之间山；我国石油天然气行业标准《SY/ 3实验结果分析与讨论 T埋地钢质管道干线电法保护技术管理规程》中给 3.1电化学实验结果分析 出的B值为21.7mV.表4中利用Tfel斜率所计 从图2可以看出：在阳极极化100~200mV区 算的B值在30.1~39.3mV之间，平均值为 间，Q235钢在温度较低的大港土中表现为类似于钝 35.6mV. 化过程的极化曲线特征，即在该极化区间内，电极反 从图3和图4可以看出：利用极化曲线外推法 应速度变化较小，相应的E~lgI曲线在该区域的 得到的腐蚀电流密度和线性极化测得的线性极化电的控制步骤．此外‚从图5（c）还可以看出‚随温度升 高其阻抗谱模值逐渐减小‚即温度增加促进了电极 反应的进行．利用 ZSimpWin 软件‚对其 EIS 结果 进行 Rs（ Qdl（ Rt W））等效电路拟合（图6）．其中 Rs 为介质电阻；Qdl为电极表面非理想态双电层电容； Rt 为电荷转移电阻；W 为半无限扩散层 Warburg 阻抗［9］．等效电路拟合结果见表5‚其电荷转移电 阻随温度的变化情况见图7． 图6 等效电路 Fig．6 Equivalent circuit 表5 等效电路拟合结果 Table5 Parameters of the equivalent circuit T／℃ Rs／Ω Qd／l （S·s n ） ndl Rt／Ω W／（S·s 0∙5） 20 6∙2 2∙70×10－4 0∙803 862 1∙70×10－3 30 5∙3 2∙40×10－4 0∙805 604 1∙40×10－3 40 7∙9 2∙80×10－4 0∙792 402 3∙20×10－3 50 8∙4 3∙20×10－4 0∙805 232 3∙60×10－3 60 5∙1 5∙90×10－4 0∙725 127 1∙00×10－2 70 4∙0 9∙90×10－4 0∙729 59 6∙90×10－3 图7 不同温度下 Q235钢的电荷转移电阻 Rt Fig．7 Charge transfer resistance Rt of Q235steel at different tem￾peratures 3 实验结果分析与讨论 3∙1 电化学实验结果分析 从图2可以看出：在阳极极化100～200mV 区 间‚Q235钢在温度较低的大港土中表现为类似于钝 化过程的极化曲线特征‚即在该极化区间内‚电极反 应速度变化较小‚相应的 E～lg I 曲线在该区域的 斜率（表3中的 ba）较大；当极化值超过这个区间 后‚随极化值增加‚电极反应速度迅速增大．这种现 象的出现主要有两种可能：在电极表面生成了具有 阻碍作用的腐蚀产物膜的影响［10］；在电极反应初 期‚试样表面反应速度较快‚在阳极极化过程中生成 了较多的 Fe 2＋‚由于土壤中传质过程缓慢‚在电极 表面附近土壤中 Fe 2＋离子浓度较高‚阻滞了阳极反 应的进行． 从图 2 还 可 以 看 出‚随 温 度 升 高‚在100～ 200mV极化区域内 E～lg I 曲线的斜率（ ba）逐渐减 小；这主要是由于电极表面反应速度和反应产物在 土壤中的扩散速度逐渐增加而造成的．随温度增 加‚ba 的数值从20℃时的901mV 减小到70℃时的 164mV（表3）‚其与温度之间近似呈指数下降关系‚ 两者之间可以用 ba＝144∙2＋4593∙5exp － T 11∙1 关系式进行拟合‚其中 T 为温度‚℃‚ba 随温度的变 化及拟合结果见图8．此外‚表3中的阴极 Tafel 斜 率 bc 的数值随温度升高逐渐增大‚其数值从20℃ 时的96mV‚增加到70℃时的202mV；这表明随温 度增加‚阴极过程中的扩散控制作用越来越明显． 图8 Q235钢在不同温度的大港土中的 ba 及拟合结果 Fig．8 ba of Q235steel in Dagang soil at different temperatures and fitting curve 线性极化技术是腐蚀速率测量的一种重要手 段‚利用 Stern 公式可以由线性极化电阻 Rp 计算出 腐蚀电流‚其中 B 值一般可通过 Tafel 斜率或腐蚀 失重来获得．对于活性区均匀腐蚀‚B 值一般在 17～26mV之间［11］；我国石油天然气行业标准《SY／ T 埋地钢质管道干线电法保护技术管理规程》中给 出的 B 值为21∙7mV．表4中利用 Tafel 斜率所计 算的 B 值 在 30∙1～39∙3mV 之 间‚平 均 值 为 35∙6mV． 从图3和图4可以看出：利用极化曲线外推法 得到的腐蚀电流密度和线性极化测得的线性极化电 第1期 聂向晖等： 温度对 Q235钢在大港土中腐蚀行为和机理的影响 ·51·