D0I:10.13374/i.issnl001t03.2008.07.031 第30卷第7期 北京科技大学学报 Vol.30 No.7 2008年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2008 含水量对X0钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响 陈 旭)杜翠薇)李晓刚)梁平1)鲁新如) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)辽宁石油化工大学，抚顺113001 摘要采用极化曲线，电化学交流阻抗等技术对X70钢在含水量20%~34%（质量分数）的大港滨海盐渍土中的腐蚀行为 进行研究·结果表明：土壤含水量对X70钢腐蚀行为影响显著：水质量分数为25%时X70钢发生局部腐蚀，水质量分数高于 30%时发生均匀腐蚀：随着土壤中含水量的增加，腐蚀电流密度先增后减，在水质量分数为25%时腐蚀速率达到最大：含水量 较低时，X70钢在大港滨海盐渍土中腐蚀的电化学阻抗谱会出现低频感抗弧，随着含水量的增加，低频感抗弧消失，表现为单 一的容抗弧 关键词X70钢：含水量：滨海盐渍土：土壤腐蚀 分类号TG172.4 Influences of water content on the corrosion behavior of X70 steel in Dagang saline-alkaline soil CHEN Xu,DU Cuiwei),LI Xioogang,LIANG Ping2.LU Xinru 1)School of Material Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China 2)Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology.Fushun 113001.China ABSTRACT The corrosion behavior of X70 steel in Dagang saline-alkaline soil with 20%-34%water content was studied by polar- ization curve measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).It is shown that the corrosion behavior of X70 steel is strongly dependent on the water content in soil.Local corrosion occurred at the water content of 25%.and general corrosion took place when the water content was more than 30%.With increasing water content,the corrosion current density increased to a maxi- mum at the water content of 25%and then decreased.The low -frequency inductance loop emerged at the water content of 20%.It disappeared with increasing water content and a single capacitive impedance loop was observed. KEY WORDS X70 steel:water content:saline-alkaline soil:soil corrosion 土壤腐蚀是地下管道设备腐蚀的主要原因，土 海口附近的大港油田和黄河入海口附近的盐渍土壤 壤腐蚀的诸多影响因素中，含水量是一个重要的影 对材料的具有很强的腐蚀性， 响因素，一方面水分使土壤成为电解质，是腐蚀电 本文选取大港滨海盐渍土，研究X70钢在土壤 池形成的先决条件；另一方面含水量显著影响着土 腐蚀初期(30d)的腐蚀行为，讨论含水量对X70钢 壤的理化性质四， 土壤腐蚀行为的影响， 大港位于京浦铁路以东，横跨天津河北两省市， 30年来，随着大港油田勘探开发生产的需要，地下 1实验方法 埋设了大量的油、气、水管道及其他金属构筑物·由 1.1实验土壤 于大港油田有相当部分陆地是渤海滩涂，土壤含盐 土样取自国家材料土壤腐蚀大港实验站，其理 量高，属于典型的滨海盐渍土)，研究表明，海河入 化性质见表1，土样经自然干燥、研磨并通过12目 收稿日期：2007-05-06修回日期：2007-09-03 基金项目：国家自然科学基金重大项目(N。,50499333):国家科技部基础条件平台建设项目(N。,2005DKA10400) 作者简介：陈旭(1974-）：女，博士研究生；李晓刚(1963-)，男，教授，博士生导师，E-mail:cx0402@sina.com
含水量对X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响 陈 旭1） 杜翠薇1） 李晓刚1） 梁 平12） 鲁新如1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 辽宁石油化工大学抚顺113001 摘 要 采用极化曲线、电化学交流阻抗等技术对 X70钢在含水量20％～34％（质量分数）的大港滨海盐渍土中的腐蚀行为 进行研究．结果表明：土壤含水量对 X70钢腐蚀行为影响显著；水质量分数为25％时 X70钢发生局部腐蚀水质量分数高于 30％时发生均匀腐蚀；随着土壤中含水量的增加腐蚀电流密度先增后减在水质量分数为25％时腐蚀速率达到最大；含水量 较低时X70钢在大港滨海盐渍土中腐蚀的电化学阻抗谱会出现低频感抗弧随着含水量的增加低频感抗弧消失表现为单 一的容抗弧． 关键词 X70钢；含水量；滨海盐渍土；土壤腐蚀 分类号 TG172∙4 Influences of water content on the corrosion behavior of X70 steel in Dagang saline-alkaline soil CHEN Xu 1）DU Cuiwei 1）LI Xiaogang 1）LIA NG Ping 12）LU Xinru 1） 1） School of Material Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Liaoning University of Petroleum and Chemical TechnologyFushun113001China ABSTRACT T he corrosion behavior of X70steel in Dagang saline-alkaline soil with20％－34％ water content was studied by polarization curve measurement and electrochemical impedance spectroscopy （EIS）．It is shown that the corrosion behavior of X70steel is strongly dependent on the water content in soil．Local corrosion occurred at the water content of 25％and general corrosion took place when the water content was more than30％．With increasing water contentthe corrosion current density increased to a maximum at the water content of 25％ and then decreased．T he low-frequency inductance loop emerged at the water content of 20％．It disappeared with increasing water content and a single capacitive impedance loop was observed． KEY WORDS X70steel；water content；saline-alkaline soil；soil corrosion 收稿日期：2007-05-06 修回日期：2007-09-03 基金项目：国家自然科学基金重大项目（No．50499333）；国家科技部基础条件平台建设项目（No．2005DKA10400） 作者简介：陈 旭（1974－）女博士研究生；李晓刚（1963－）男教授博士生导师E-mail：cx0402＠sina．com 土壤腐蚀是地下管道设备腐蚀的主要原因．土 壤腐蚀的诸多影响因素中含水量是一个重要的影 响因素．一方面水分使土壤成为电解质是腐蚀电 池形成的先决条件；另一方面含水量显著影响着土 壤的理化性质［1］． 大港位于京浦铁路以东横跨天津河北两省市． 30年来随着大港油田勘探开发生产的需要地下 埋设了大量的油、气、水管道及其他金属构筑物．由 于大港油田有相当部分陆地是渤海滩涂土壤含盐 量高属于典型的滨海盐渍土［2］．研究表明海河入 海口附近的大港油田和黄河入海口附近的盐渍土壤 对材料的具有很强的腐蚀性． 本文选取大港滨海盐渍土研究 X70钢在土壤 腐蚀初期（30d）的腐蚀行为讨论含水量对 X70钢 土壤腐蚀行为的影响． 1 实验方法 1∙1 实验土壤 土样取自国家材料土壤腐蚀大港实验站其理 化性质见表1．土样经自然干燥、研磨并通过12目 第30卷 第7期 2008年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．7 Jul．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．07．031
第7期 陈旭等：含水量对X70钢在大港滨海盐渍土镶中腐蚀行为的影响 .731. 筛，在105℃下烘干6h,然后与去离子水以不同比 30%和34%（土壤的饱和含水量为34%）土壤介质 例均匀混合，根据大港地区土壤实际含水量范围至 装入电解池中密封， 饱和配成含水量（质量分数）分别为20%，25%， 表1土壤理化性质 Table 1 Physical and chemical parameters of the soil pH N03/% C1/%s03/%HC05/%Ca2+/% Mg2+/% K+/% Na/% 电导率含盐总量/% 8.46 0.1216 2.7764 0.5736 0.0683 0.1558 0.1984 0.0184 2.0624 超量程 5.4653 1.2实验材料 3mm的孔.试样工作面在使用前经60#~1000 实验采用的材料为X70管线钢，其成分见表2. 水砂纸依次打磨，并经丙酮清洗去油污后，用去离子 将试样沿轧制方向线切割成50mm×40mm×3mm 水洗干净吹干，在小孔的孔壁及试样工作面的背面 的试样，试样工作面积18cm2,在试样中心加工一个 均匀涂上石蜡沥青使之绝缘 表2实验用X70钢化学成分（质量分数） Table 2 Composition of experimental X70 steel % Si Mn Cr P 多 Mo Cu Nb 名 0.045 0.24 1.48 0.0001 0.031 0.017 0.16 0.23 0.21 0.033 余量 1.3测试方法 极，参比电极为饱和甘汞电极，实验在室温下进行， 采用后插参比电极体系[3]，以避免参比电极和 电化学阻抗谱和极化曲线的测试均采用普林斯顿公 研究电极之间介质电阻的影响，实验装置示意图见 司生产的2273电化学测试系统和PowerSuite测试 图1.其中工作电极为X70钢，辅助电极为石墨电 软件.电化学阻抗谱测量频率范围为10k~ 胶塞 5m业z,测量在自腐蚀电位下进行，交流正弦激励信 号幅值为l0mV,测定结果利用ZSimp Win软件进 辅助电极 行曲线拟和处理，确定极化电阻.极化曲线测量扫 土壤介质 描速度为20mV·mim,扫描范围为-1.2~ 有机玻璃槽 0V(SCE).平行试样用于失重计算 工作电极 2结果与讨论 参比电极 2.1土壤含水量对X70钢腐蚀形态的影响 X70钢在不同含水量的土壤中埋设30d后，用 图1后插参比电极示意图 去离子水洗去表面附着的泥土，其宏观照片见图2 Fiq.1 Diagram of an electrolvtic cell for soil corrosion testina 水质量分数为20%和25%的试样表面发生了局部 20P% 25% 30 34% 图2不同含水量的土環中X70钢腐蚀宏观照片 Fig-2 Macroscopical morphologies of X70 steel in the soil with different water contents
筛在105℃下烘干6h然后与去离子水以不同比 例均匀混合根据大港地区土壤实际含水量范围至 饱和配成含水量（质量分数）分别为20％25％ 30％和34％（土壤的饱和含水量为34％）土壤介质 装入电解池中密封． 表1 土壤理化性质 Table1 Physical and chemical parameters of the soil pH NO － 3／％ Cl －／％ SO 2－ 4 ／％ HCO － 3／％ Ca 2＋／％ Mg 2＋／％ K ＋／％ Na ＋／％ 电导率 含盐总量／％ 8∙46 0∙1216 2∙7764 0∙5736 0∙0683 0∙1558 0∙1984 0∙0184 2∙0624 超量程 5∙4653 1∙2 实验材料 实验采用的材料为 X70管线钢其成分见表2． 将试样沿轧制方向线切割成50mm×40mm×3mm 的试样试样工作面积18cm 2在试样中心加工一个 ●3mm 的孔．试样工作面在使用前经60＃～1000＃ 水砂纸依次打磨并经丙酮清洗去油污后用去离子 水洗干净吹干．在小孔的孔壁及试样工作面的背面 均匀涂上石蜡沥青使之绝缘． 表2 实验用 X70钢化学成分（质量分数） Table2 Composition of experimental X70steel ％ C Si Mn S Cr P Ni Mo Cu Nb Fe 0∙045 0∙24 1∙48 0∙0001 0∙031 0∙017 0∙16 0∙23 0∙21 0∙033 余量 1∙3 测试方法 采用后插参比电极体系［3］以避免参比电极和 研究电极之间介质电阻的影响实验装置示意图见 图1．其中工作电极为 X70钢辅助电极为石墨电 图1 后插参比电极示意图 Fig．1 Diagram of an electrolytic cell for soil corrosion testing 极参比电极为饱和甘汞电极．实验在室温下进行． 电化学阻抗谱和极化曲线的测试均采用普林斯顿公 司生产的2273电化学测试系统和 PowerSuite 测试 软件．电化 学 阻 抗 谱 测 量 频 率 范 围 为10kHz～ 5mHz测量在自腐蚀电位下进行交流正弦激励信 号幅值为10mV测定结果利用 ZSimpWin 软件进 行曲线拟和处理确定极化电阻．极化曲线测量扫 描速 度 为 20mV·min －1扫 描 范 围 为 －1∙2～ 0V （SCE）．平行试样用于失重计算． 2 结果与讨论 2∙1 土壤含水量对 X70钢腐蚀形态的影响 X70钢在不同含水量的土壤中埋设30d 后用 去离子水洗去表面附着的泥土其宏观照片见图2． 水质量分数为20％和25％的试样表面发生了局部 图2 不同含水量的土壤中 X70钢腐蚀宏观照片 Fig．2 Macroscopical morphologies of X70steel in the soil with different water contents 第7期 陈 旭等： 含水量对 X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响 ·731·
.732 北京科技大学学报 第30卷 腐蚀，水质量分数为20%的试样表面失去光泽， 到饱和时最低，这与失重法计算出来的趋势相一 25%的试样表面生成红棕色腐蚀产物，与试样表面 致，腐蚀速率差别产生的主要原因是含水量不同， 结合牢固，其他地方因钝化失去光泽.水质量分数 土壤中氧含量也不同，当含水量较低时，土粒黏合 为30%和34%的试样表面发生均匀腐蚀，并在表面 成小团，在试样表面不能形成连续电解质，并且由于 形成一层灰黑色的腐蚀产物膜.X70钢的这种腐蚀 大量氧的存在，表面易形成氧化膜，对金属起保护作 形态差异是因为在含水量较高时，土壤中的水分能 用：随着含水量增加到一定值(25%)，土壤中可溶性 在试样表面形成液相膜，使其成为连续电解质，且土 盐增加，电阻率降低，水分使高含盐土壤成为强电解 壤中氧含量分布均匀，试样表面电化学差异性小，试 质，盐渍土壤中较高的CI、NO3含量加大了土壤 样发生均匀腐蚀山；而含水量较低时，土壤黏成小 的腐蚀性可]，特别是C1半径比较小，能够穿透氧化 颗粒，在试样表面难以形成均匀的液相膜，氧含量分 膜，使腐蚀速率增大；含水量继续升高，可溶性盐全 布不均匀，形成氧浓差电池，且土壤中C1含量高， 部溶解并稀释，同时土壤中胶粒膨胀，堵塞了土壤孔 在试样表面富集破坏了氧化膜，发生局部腐蚀 隙，使得氧气扩散受到阻碍，不易到达金属表面，氧 2.2土壤含水量对X70钢腐蚀电位的影响 去极化作用减慢，腐蚀速率下降. 图3是X70钢在不同含水量的大港土壤中腐 12 蚀电位随时间变化的曲线，从图中可看出，随着含 10 水量增加，自腐蚀电位负移，向负偏移幅度约为 50mV,各试样在开始时腐蚀电位较高，随着腐蚀的 进行，腐蚀电位趋于一个较稳定的值，这是由于阴 6 极反应主要是吸氧反应，开始时土壤中氧含量比较 丰富，阴极反应速率很快，随着腐蚀不断进行，土壤 中氧逐渐被消耗，含量越来越少，向试样表面传输速 率下降，腐蚀电位下降同.当腐蚀进行一定时间后， 试样与土壤之间的介质传输和试样表面的状态趋于 20 25 30 34 水质量分数/% 稳定，腐蚀电位也就趋于稳定值，含水量增加使土 壤孔隙率和氧含量降低，分布更均匀，X70钢自腐蚀 图4不同含水量土壤中X70钢的腐蚀电流密度 电位随之降低并很快趋于稳定， Fig.4 Corrosion current density of X70 steel in soil with different water contents -"-20% 40 -●-25% 2.4X70钢在不同含水量的土壤中的电化学阻抗 -4-30% 7-34% 谱(EIS)特征 560 图5是不同含水量的土壤中，X70钢不同时间 的电化学阻抗谱，图6是其等效电路图，图7是拟合 出的X70钢在不同含水量的土壤中不同时间的极 化电阻即·可以看出，对于水质量分数为20% -700 (图5(a))的试样，在腐蚀初期，由于土粒黏合成小 10 15 20 10 团，在试样表面不连续分布，不能形成连续的电解 质，电荷迁移阻力很大)，并在低频出现感抗弧，其 图3不同含水量土壤中X70钢自腐蚀电位 等效电路图如图6(a)所示，根据低频反应的电极信 Fig-3 Corrosion potential of X70 steel in the soil with different wa- 息，低频感抗弧的存在说明新鲜试样表面以快反应 ter contents 方式氧化性吸附土壤中的H0和其他阴离子，形成 2.3土壤含水量对X70钢腐蚀速度的影响 中间产物8]；在第6天时随着氧化膜的形成，低频感 分别测出X70钢在不同含水量的大港土壤中 抗弧消失，阻抗增加；进行到第15天时，极化电阻大 埋藏6h的极化曲线，由PowerSuite拟合软件得到 幅降低，这是由于金属的水化使得氧化膜遭到破 的腐蚀电流密度与含水量的关系如图4所示，可以 坏；随着腐蚀的进行，金属电极与土壤介质之间 看出，随着土壤中含水量的增加，X70钢的腐蚀速率 的状态趋于稳定并随腐蚀产物的增加阻抗逐渐增 先增后减，在水质量分数为25%时最高，含水量达 加.水质量分数为25%（图5(b)的试样初期阻抗
腐蚀．水质量分数为20％的试样表面失去光泽 25％的试样表面生成红棕色腐蚀产物与试样表面 结合牢固其他地方因钝化失去光泽．水质量分数 为30％和34％的试样表面发生均匀腐蚀并在表面 形成一层灰黑色的腐蚀产物膜．X70钢的这种腐蚀 形态差异是因为在含水量较高时土壤中的水分能 在试样表面形成液相膜使其成为连续电解质且土 壤中氧含量分布均匀试样表面电化学差异性小试 样发生均匀腐蚀［4］；而含水量较低时土壤黏成小 颗粒在试样表面难以形成均匀的液相膜氧含量分 布不均匀形成氧浓差电池且土壤中 Cl －含量高 在试样表面富集破坏了氧化膜发生局部腐蚀． 2∙2 土壤含水量对 X70钢腐蚀电位的影响 图3是 X70钢在不同含水量的大港土壤中腐 蚀电位随时间变化的曲线．从图中可看出随着含 水量增加自腐蚀电位负移向负偏移幅度约为 50mV．各试样在开始时腐蚀电位较高随着腐蚀的 进行腐蚀电位趋于一个较稳定的值．这是由于阴 极反应主要是吸氧反应开始时土壤中氧含量比较 丰富阴极反应速率很快随着腐蚀不断进行土壤 中氧逐渐被消耗含量越来越少向试样表面传输速 率下降腐蚀电位下降［5］．当腐蚀进行一定时间后 试样与土壤之间的介质传输和试样表面的状态趋于 稳定腐蚀电位也就趋于稳定值．含水量增加使土 壤孔隙率和氧含量降低分布更均匀X70钢自腐蚀 电位随之降低并很快趋于稳定． 图3 不同含水量土壤中 X70钢自腐蚀电位 Fig．3 Corrosion potential of X70steel in the soil with different water contents 2∙3 土壤含水量对 X70钢腐蚀速度的影响 分别测出 X70钢在不同含水量的大港土壤中 埋藏6h 的极化曲线由 PowerSuite 拟合软件得到 的腐蚀电流密度与含水量的关系如图4所示．可以 看出随着土壤中含水量的增加X70钢的腐蚀速率 先增后减在水质量分数为25％时最高含水量达 到饱和时最低．这与失重法计算出来的趋势相一 致．腐蚀速率差别产生的主要原因是含水量不同 土壤中氧含量也不同．当含水量较低时土粒黏合 成小团在试样表面不能形成连续电解质并且由于 大量氧的存在表面易形成氧化膜对金属起保护作 用；随着含水量增加到一定值（25％）土壤中可溶性 盐增加电阻率降低水分使高含盐土壤成为强电解 质盐渍土壤中较高的 Cl －、NO － 3 含量加大了土壤 的腐蚀性［6］特别是 Cl －半径比较小能够穿透氧化 膜使腐蚀速率增大；含水量继续升高可溶性盐全 部溶解并稀释同时土壤中胶粒膨胀堵塞了土壤孔 隙使得氧气扩散受到阻碍不易到达金属表面氧 去极化作用减慢腐蚀速率下降． 图4 不同含水量土壤中 X70钢的腐蚀电流密度 Fig．4 Corrosion current density of X70steel in soil with different water contents 2∙4 X70钢在不同含水量的土壤中的电化学阻抗 谱（EIS）特征 图5是不同含水量的土壤中X70钢不同时间 的电化学阻抗谱图6是其等效电路图图7是拟合 出的 X70钢在不同含水量的土壤中不同时间的极 化电阻 RP．可以看出对于水质量分数为20％ （图5（a））的试样在腐蚀初期由于土粒黏合成小 团在试样表面不连续分布不能形成连续的电解 质电荷迁移阻力很大［7］并在低频出现感抗弧其 等效电路图如图6（a）所示．根据低频反应的电极信 息低频感抗弧的存在说明新鲜试样表面以快反应 方式氧化性吸附土壤中的 H2O 和其他阴离子形成 中间产物［8］；在第6天时随着氧化膜的形成低频感 抗弧消失阻抗增加；进行到第15天时极化电阻大 幅降低这是由于金属的水化使得氧化膜遭到破 坏［9］；随着腐蚀的进行金属电极与土壤介质之间 的状态趋于稳定并随腐蚀产物的增加阻抗逐渐增 加．水质量分数为25％（图5（b））的试样初期阻抗 ·732· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第7期 陈旭等：含水量对X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响 .733. 谱趋势与之相似，但是阻抗值明显比20%的试样 多，溶解氧向电极表面扩散困难，阻抗也相应增加， 小，相应的极化电阻也很低，在反应进行到第25天 到最后阻抗谱表现为扩散阻抗，等效电路如图6(b) 时，低频又出现感抗弧，这是因为土壤中高浓度的 所示，含水量饱和时（图5(d)),其阻抗谱趋势与 C1厂等离子吸附在试样表面高活性处并富集，使氧 30%时的相似，但是由于含水量较高，氧含量更低， 化膜破坏，阳极反应保持较高活性，当水质量分数 因此在反应初期其阻抗谱在高频的部分显示出斜率 为30%时（图5(c),试样表面的一开始就形成连续 为1的直线，电极反应受氧扩散控制，而低频部分反 液膜，极化阻力小，试样在初期表现出很小的阻抗， 应扩散控制的特征并不明显，这可能是电化学极化 且含水量高使得土壤中氧含量相对低，不易形成氧 比浓度极化占更主要地位0).随着腐蚀产物的增 化膜，随着腐蚀的进行，土壤中氧被消耗得越来越 加，阻抗模值稳步增加 300 300 (a) (b) 250 250 -o-1d -3-6d 200 200 -a-15d --20d 150 -o=1d -o-6 d 100 -a-15d (月·旦 150 -30d --20d 100 50 -0-30d 50 0100200300400500600700 0 100200300400500600700 ReZ/(-cm) ReZ/(R.cm) 300 300 (e) (d) 250 -o-1d 250 -o-1d -o=6d =0=6d 200 -a-15d 200 -a-15d -p-20d --20d 150 --30d 150 -o-30d 100 100 100 200300400500600 700 100200300400500600700 ReZ/(R.cm) ReZ/(R-cm) 图5在不同含水量的大港土壤中X70钢的电化学阻抗谱.土壤中水质量分数分别20%(a),25%(b),30%(c)和34%() Fig.5 EIS of X70 steel in Dagang soil with different water contents.The water contents are 20%(a).25%(b).30%(c),and 34%(d).re- spectively CPE, 14 -20% ◆-25% (a) CPE 12 R -4-30% 34% CPE 8 b (月·y 6 Rs一土壤电阻：CPE1一腐蚀产物结合层电阻：CPE2一双电层电 容；R1一电极表面腐蚀产物和土壤结合层电阻；B一电荷极化电 1015 2025 30 t/d 阻；L一电感 图6X70钢土壤腐蚀等效电路图 图7X70钢在不同含水量的大港土壤中的极化电阻 Fig.6 Equivalent circuits used for modeling the soil corrosion of Fig.7 Polarization resistance of X70 steel in the soil with different X70 steel in the soil water contents
谱趋势与之相似但是阻抗值明显比20％的试样 小相应的极化电阻也很低在反应进行到第25天 时低频又出现感抗弧．这是因为土壤中高浓度的 Cl －等离子吸附在试样表面高活性处并富集使氧 化膜破坏阳极反应保持较高活性．当水质量分数 为30％时（图5（c））试样表面的一开始就形成连续 液膜极化阻力小试样在初期表现出很小的阻抗 且含水量高使得土壤中氧含量相对低不易形成氧 化膜随着腐蚀的进行土壤中氧被消耗得越来越 多溶解氧向电极表面扩散困难阻抗也相应增加 到最后阻抗谱表现为扩散阻抗等效电路如图6（b） 所示．含水量饱和时（图5（d））其阻抗谱趋势与 30％时的相似但是由于含水量较高氧含量更低 因此在反应初期其阻抗谱在高频的部分显示出斜率 为1的直线电极反应受氧扩散控制而低频部分反 应扩散控制的特征并不明显这可能是电化学极化 比浓度极化占更主要地位［10］．随着腐蚀产物的增 加阻抗模值稳步增加． 图5 在不同含水量的大港土壤中 X70钢的电化学阻抗谱．土壤中水质量分数分别20％ （a）25％ （b）30％ （c）和34％ （d） Fig．5 EIS of X70steel in Dagang soil with different water contents．The water contents are20％ （a）25％ （b）30％ （c）and34％ （d）respectively RS－土壤电阻；CPE1－腐蚀产物结合层电阻；CPE2－双电层电 容；R1－电极表面腐蚀产物和土壤结合层电阻；RP－电荷极化电 阻；L－电感 图6 X70钢土壤腐蚀等效电路图 Fig．6 Equivalent circuits used for modeling the soil corrosion of X70steel in the soil 图7 X70钢在不同含水量的大港土壤中的极化电阻 Fig．7 Polarization resistance of X70steel in the soil with different water contents 第7期 陈 旭等： 含水量对 X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响 ·733·
.734 北京科技大学学报 第30卷 [4]Li M C.Lin H C.Cao C N.Study on soil corrosion of carbon 3结论 steel by electrochemical impendence spectroscopy (EIS).Chin Soe Corros Prat,2000.20(2):112 (1)含水量对X70钢在大港滨海盐渍土中的腐 (李谋成，林海潮，曹楚南.碳钢在土壤腐蚀中的电化学阻抗谱 蚀形态有很大影响，在水质量分数为20%和25%时 特征.中国腐蚀与防护学报，2000,20(2)：112) 发生局部腐蚀，高于30%时发生均匀腐蚀. [5]Loren W J.Mansfeld F.Determination of corrosion rates by (2)X70钢在大港滨海盐渍土中随着含水量增 electrochemical DC and AC methods.Corros Sci.1981,21(9): 加自腐蚀电位负移，腐蚀倾向增加，电极表面状态稳 647 定时间缩短， [6]Liu W X.Su C.Effect of different cathodic ions on the corrosion of corrosion steel in soils.Total Corras Control.2006,20(6):10 (③)X70钢在大港滨海盐渍土中的最大腐蚀速 (刘文霞，孙成。土壤中阴离子对碳钢腐蚀的影响。全面腐蚀 率出现在水质量分数为25%左右时，含水量增大或 控制，2006,20(6)：10) 减小腐蚀速率降低， [7]Liu W X.Chen Y L.Su C.Influence of moisture on corrosion of (4)水质量分数低于25%时，腐蚀初期电化学 carbon steel in saline soils.Total Corros Control.2005,19(1): 阻抗谱出现低频感抗弧；高于30%时，低频感抗弧 10 (刘文霞，陈永利，孙成·盐渍土壤湿度变化对碳钢腐蚀的影 消失，并随着腐蚀的进行高频部分阻抗谱表现为扩 响.全面腐蚀控制，2005,19(1)：10) 散控制 [8]Cao C N.Zhang J Q.Introduction of Electrochemical Impedance Spectroscopy.Beijing.China:Science Press,2002: 参考文献 55 [1]Dong C F,LiX G.Wu J W.Review in experimentation and data (曹楚南，张鉴清.电化学阻抗谱导论，北京：科学出版社， processing soil corrosion.Corros Sci Prot Tech.2003(3):154 2002.55) (董超芳，李晓刚，武俊伟，土壤腐蚀的实验研究与数据处理， [9]Li M C.Lin HC,Cao C N.Influence of moisture content on soil 腐蚀科学与防护技术，2003(3)：154) corrosion behavior of carbon steel.Corros Sei Prot Tech.2000. [2]Yang J P,DiZ.Study on regional soil corrosiveness in Dagang oil 12(4):219 field.Corros Sci Prot Tech,1995(3):275 (李谋成，林海潮，曹楚南，湿度对碳钢材料在中性土壤中腐蚀 (杨建平，狄峥。大港油田区域土壤腐蚀性研究，腐蚀科学与 行为的影响.腐蚀科学与防护技术，2000,12(4)：219) 防护技术，1995(3)：275) [10]Wei H.Wang X T,Gao R J.et al.Corrosion behavior of SML, [3]Tang HY,Song G L:Cao C N.et al.Study on soil-corrosion by ERW pipeline steels exposed to sea mud.Electrochemistry. the back-inserted reference electrode method.Corros Sci Prot 2005,11(3):314 Tech,1994,6(4):352 (魏华，王秀通，高荣杰，等.SML,ERW管线钢在海泥中的 (唐红雁，宋光铃，曹楚南，等，土壤腐蚀体系后插参比测量方 腐蚀行为.电化学，2005,11(3)：314) 法研究.腐蚀科学与防护技术，1994,6(4)：352)
3 结论 （1） 含水量对 X70钢在大港滨海盐渍土中的腐 蚀形态有很大影响在水质量分数为20％和25％时 发生局部腐蚀高于30％时发生均匀腐蚀． （2） X70钢在大港滨海盐渍土中随着含水量增 加自腐蚀电位负移腐蚀倾向增加电极表面状态稳 定时间缩短． （3） X70钢在大港滨海盐渍土中的最大腐蚀速 率出现在水质量分数为25％左右时含水量增大或 减小腐蚀速率降低． （4） 水质量分数低于25％时腐蚀初期电化学 阻抗谱出现低频感抗弧；高于30％时低频感抗弧 消失并随着腐蚀的进行高频部分阻抗谱表现为扩 散控制． 参 考 文 献 ［1］ Dong C FLi X GWu J W．Review in experimentation and data processing soil corrosion．Corros Sci Prot Tech2003（3）：154 （董超芳李晓刚武俊伟．土壤腐蚀的实验研究与数据处理． 腐蚀科学与防护技术2003（3）：154） ［2］ Yang J PDi Z．Study on regional soil corrosiveness in Dagang oil field．Corros Sci Prot Tech1995（3）：275 （杨建平狄峥．大港油田区域土壤腐蚀性研究．腐蚀科学与 防护技术1995（3）：275） ［3］ Tang H YSong G LCao C Net al．Study on soi-l corrosion by the back-inserted reference electrode method． Corros Sci Prot Tech19946（4）：352 （唐红雁宋光铃曹楚南等．土壤腐蚀体系后插参比测量方 法研究．腐蚀科学与防护技术19946（4）：352） ［4］ Li M CLin H CCao C N．Study on soil corrosion of carbon steel by electrochemical impendence spectroscopy （EIS）．J Chin Soc Corros Prot200020（2）：112 （李谋成林海潮曹楚南．碳钢在土壤腐蚀中的电化学阻抗谱 特征．中国腐蚀与防护学报200020（2）：112） ［5］ Lorenz W JMansfeld F．Determination of corrosion rates by electrochemical DC and AC methods．Corros Sci198121（9）： 647 ［6］ Liu W XSu C．Effect of different cathodic ions on the corrosion of corrosion steel in soils．Total Corros Control200620（6）：10 （刘文霞孙成．土壤中阴离子对碳钢腐蚀的影响．全面腐蚀 控制200620（6）：10） ［7］ Liu W XChen Y LSu C．Influence of moisture on corrosion of carbon steel in saline soils．Total Corros Control200519（1）： 10 （刘文霞陈永利孙成．盐渍土壤湿度变化对碳钢腐蚀的影 响．全面腐蚀控制200519（1）：10） ［8］ Cao C N Zhang J Q． Introduction of Electrochemical Impedance Spectroscopy．BeijingChina：Science Press2002： 55 （曹楚南张鉴清．电化学阻抗谱导论．北京：科学出版社 2002：55） ［9］ Li M CLin H CCao C N．Influence of moisture content on soil corrosion behavior of carbon steel．Corros Sci Prot Tech2000 12（4）：219 （李谋成林海潮曹楚南．湿度对碳钢材料在中性土壤中腐蚀 行为的影响．腐蚀科学与防护技术200012（4）：219） ［10］ Wei HWang X TGao R Jet al．Corrosion behavior of SML ERW pipeline steels exposed to sea mud． Electrochemistry 200511（3）：314 （魏华王秀通高荣杰等．SMLERW 管线钢在海泥中的 腐蚀行为．电化学200511（3）：314） ·734· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷