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 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 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 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 ·