X70管线钢Word文件下载.docx

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Theresultsshowedthattemperature,dissolvedoxygenconcentrationandpHhadgreatinfluenceoncorrosioncurrentdensity（icorr）ofX70steel.CorrosioncurrentdensityofX70steelwasmostinfluencedbydissolvedoxygenconcentrationinsimulatedsolution.ThecorrosiondegreeofX70steelwastheleastundertheenvironmentoflowtemperature,deficientoxygenandweakacid.

结果表明温度、溶解氧浓度和pH值对X70钢的腐蚀电流密度有很大的影响，其中影响最大的是模拟溶液中的溶解氧浓度。

在低温、缺氧和弱酸环境下，X70钢的腐蚀程度最小。

Keywords:

X70pipelinesteel;

potentiodynamicpolarizationmeasurement;

orthogonaltesting;

corrosioncurrentDensity

关键词：

X70管线钢；

动电位极化测量；

正交试验法；

腐蚀电流密度

TheChineseWest-EastNaturalGasTransmis-sionProjectwithinvestmentof15billionUSDmainlyusesX70pipelinesteel.Withpipelineof4000kminlength,theprojectcrosseslotsofareas,andpassesthesaltysoilarea.TheKucerlesoilisoneoftypicaltypesofwildernesssaltysoilinwesternChina.Thesoilsolutionwasassumedalkaline,andthesaltcontentwashigh[1].Hence,thepipelinesteelswereeasytoinducepittingcorrosion,andinitiatedthestresscor-rosiontofailure.Therefore,thestudiesofenviron-mentalfactorsoncorrosionbehaviorofX70steel

haveavitalpracticalsignificance.

中国耗资150亿美元的西气东输工程就主要采用了X70管线钢。

该项目长达4000千米的管道跨越多个区域，途径盐渍土地。

库尔勒区土壤溶液为碱性，盐含量很高，是中国西部荒漠盐渍土的典型代表之一。

此种情况下，管线钢很易出现点状腐蚀和应力腐蚀而导致工程功亏一篑。

因此研究环境因素对X70钢腐蚀行为具有重要的现实意义。

SomeinvestigationshavebeencarriedoutontheeffectofsinglefactoroncorrosionbehaviorofpipelinesteelinnearneuralpHNS4solution[2-4].However,littlewasreportedonthecorrelativeeffectsofenvironmentalfactorsoncorrosionbehav-iorofX70steel.ThesestudieswereperformedintheNS4（nearneuralpH）andNa2CO3-NaHCO3（highpH）[5-10],anddidnotincludeactualsimulatedsoilsolutioninChina[11-13].至于神经pHNS4溶液[2-4]中单方面因素对管线钢腐蚀行为的影响，许多科研人员已经对此展开研究，然而，很少有人研究环境因素对X70钢腐蚀行为的相关影响。

这些研究都是在NS4（近神经pH）和Na2CO3-NaHCO3（高pH值）中进行，中国实际的模拟土壤溶液并未涵盖在内。

Therefore,experimentalsolutionsimulatedKucerlesoilsolutionaccordingtothephysicochemicalpropertyofKucerlesoil.Theorthogonaltestingmethodwasusedtoinvestigatetheeffectsofdissolvedoxy-gen（DO）concentration,temperatureandpHonpotentiodynamicpolarizationcurves.ThepurposeofthisinvestigationwastounderstandthecorrelativeeffectsofthreekindsofenvironmentalfactorsoncorrosionbehaviorofX70steel.

因此，根据库尔勒土壤的理化性质，实验溶液采取模拟库尔勒土壤溶液，并利用正交试验法研究溶解氧浓度、温度和pH值对动电位极化曲线的影响。

此项研究目的在于了解三种环境因素对X70钢腐蚀行为的相关影响。

1ExperimentalMaterialsandMethods实验材料和方法

X70pipelinesteel,madeinChina,wastestedinthispaper.Themechanicalpropertiesatroomtemperatureweremeasuredwithtensilestrengthof675MPa,yieldstrengthof592MPaandelongationratioof26%.Specimens（10mmx10mmx20mm）

weremountedintoaPTFE（polytetrafluoroethylene）holderandthenembeddedinatwo-componentepoxyresin.Thesamplesurfaceareawas1.Thesamplessurfacesweremechanicallypolishedwithsiliconcarbidepaperto800grit,andfinallyrinsedwithdistilledwaterandacetone.

本文研究对象是中国生产的X70管线钢。

室温下测定其机械性能，拉伸强度为675兆帕，屈服强度592兆帕和伸长率为26%。

标本（10mm×

10mm×

20mm）被安装到PTFE（聚四氟乙烯）架，然后嵌入在一个双组分环氧树脂。

样品的表面面积为1cm2。

样品表面用碳化硅纸进行机械抛光至800粒，最后用蒸馏水和丙酮冲洗。

TheconcentrationofsimulatedKucerlesoilsolution（pH=8.9）islistedinTable库尔勒模拟土壤溶液的浓度（pH=8.9）已列在下表中。

1.ThepHvaluesofthesolutionwerecontrolledbyusingglacialaceticacidanddilutesodiumhydroxidesolutionwithpHB-4HpHmeter.ThesolutiontemperaturewascontrolledbyusinganHHS11-Ni2thermostaticwaterbath.ThetestingsolutionwaspouredintoN2toeliminateoxygen.OxygenconcentrationswereadjustedbycontrollingtheaerationtimewithaUnisensePA2000Picoammeteroxygenanalyzer.

溶液的pH值是通过使用冰乙酸和phb-4hpH计稀的氢氧化钠溶液来控制，溶液的温度是通过使用一个HHs11-ni2恒温水浴控制。

试验溶液注入氮气除氧，通过友信联合2000皮安计的氧分析仪控制曝气时间，进而调整氧浓度。

Aconventionalthree-electrodesystemwasusedwhereplatinumactedasthecounterelectrodeandsaturatedcalomelasthereferenceelectrode.ElectrochemicalpolarizationtestwasaccomplishedwithanEG&

GModel273Apotentiostat.Sampleswere

polarizedatascanrateof015mV/sfrommVto500mV.VariousconditionsforpotentiodynamicpolarizationtestaccordingtotheorthogonaltestareshowninTable2.Allpotentialwasreferredtothesaturatedcalomelelectrode（SCE）.

本文利用传统的三电极系统，铂作为反电极，饱和甘汞电极为参比电极，电化学极化测试则采用EG＆G模型273a恒电位仪来实现。

样品从-1000毫伏到500毫伏以015毫伏每秒的扫描速率被极化。

根据正交试验的动电位极化测试各种条件如表2所示。

所有潜在的被称为饱和甘汞电极（SCE）。

X70pipelinesteelwasimmergedinthesolutionof25e,deficientoxygenandpHvalue7.0,andof40e,dissolvedoxygenandpHvalue9.0.After30days,thesamplesimmergedwereweighed.DuringEISmeasurement,anACdisturbancesignalof10mVwasappliedontheelectrodeattheopencircuitpotentialintheabovesolutions.Themeasuringfrequencyrangedfrom0.01to100000Hz.

X70管线钢被浸没在25e、缺氧和pH值7，和40e、溶解氧和pH值9的溶液中。

30天后，样品有所增重。

在EIS测量，施加了10mV交流干扰信号在上述溶液中开路电位的电极上。

测量的频率范围从0.01到100000赫兹。

2ResultsandDiscussion结果与讨论

TheeffectsofsolutiontemperatureontheelectrochemicalbehaviorofX70steelinsimulatedsolutionareshowninFig11.Accordingtothevisualizedanalysismethodoforthogonaltest[14],thethreecorrosioncurrentdensitiesatthesametemperatureadoptedtheaveragecorrosioncurrentdensitywasreduced.溶液温度对X70钢在模拟溶液中的电化学行为的影响如图1所示。

根据可视化分析正交试验法[14]，同一温度下采用平均腐蚀电流密度的三腐蚀电流密度降低。

Thereasonwasthatthediffusionrateofoxygenatomswasreducedwiththedecreaseofoxygenconcentrationinthesolution.Thediffusionofoxygendominatedcathodicelectrochemicalreaction.Hence,theanodicdissolutionwassuppressedandthecorrosionratewasgreatlydecreased.Therefore,dissolvedoxygenconcentrationsobviouslyaffectedthecorrosionrateofX70steelinsimulatedsolution.Thedissolvedoxygenconcentrationwashigher,andthecorrosionofX70steelwasmoresevere.原因是氧原子的扩散速率随着溶液中氧浓度的减小而减小。

氧扩散决定阴极电化学反应。

因此，阳极溶解被抑制，腐蚀速率就大大降低。

因此，在模拟溶液中溶解氧浓度明显影响X70钢的腐蚀速率。

溶解氧浓度越高，X70钢腐蚀就越快。

Basedontheaboveresults,itcouldbeseenthattemperature,pHandoxygenconcentrationcanallinfluencetheelectrochemicalbehaviorofX70steelinsimulatedsolution,aswellastheinteractionamongthethreefactors.InordertoinvestigatethesortoffactorsthatcanmostlyaffectelectrochemicalbehaviorofX70steel,rangeanalysismethod[15]wasadoptedinthispaper.Firstlyfortemperature,threetimesofexperimentperformedatthesametemperatureof20eweresetinthefirstgroup,andthethreeexperimentswerenamedasNo.12and3,respectively,thenthesamemethodwasappliedtotheexperimentsat30℃and40℃.Addingthedatainthefirstgroup,thesumwasdefinedasI,andaccordinglyⅡandⅢforthesecondandthethirdgroup.ThesamemethodwasusedfortheanalysisofpHandoxygenconcentrations.Thedifferencebetweenthemaximumandtheminimumofthethreeparametersofeachgroupwasdefinedastherange（R）.ThecalculatedresultsareshowninTable3.由上述结果可以看出，温度、pH和氧浓度都会影响X70管线钢在模拟溶液中的电化学行为，以及这三个因素之间的相互作用。

为了研究出影响X70管线钢电化学行为的主要因素，本文采用了极差分析方法。

三组实验分别被编号为1号，2号和3号。

首先就温度方面，第一组的三次试验都是在恒温情况20e下进行，另外两组实验是在30℃和40℃下，但采取了与第一组相同的实验方法。

在第一组中添加数据，和被定义I，相应地Ⅱ和Ⅲ就是第二和第三组。

同样的方法也用于分析pH和氧浓度。

每一组三个参数最大值与最小值之间的差被定义为范围R。

计算结果如表3所示。

FromTable3,itseemsthatamongtheparametersofthepresentexperiments,theorderofthreeparametersaffectingontheelectrochemicalbehaviorofX70steelinsimulatedsolutionwascollatedasoxygenconcentration,pHandtemperaturefromthemosttotheleast.However,intermsofrange（R）,therewasnoobviousdifferenceamongthreeparameters.Thecorrelativeeffectamongthethreeparameterswasobvious.Inthepresentwork,itcanbeconcludedthatundertheenvironmentoflowtemperature,deficientoxygenandweakacid,corrosionrateofX70pipelinesteelinsimulatedsolutionwastheleast.AndChu[8]andLu[9]reportedthatthisenvironmentcouldeasilycauselocalizedcorrosiontoinitiatestresscorrosioncracking.However,intheconditionofthehightemperature,richoxygenandweakalkaline,thecorrosionwasthemostsevere.Thisenvironmentcommonlyinitiatesgeneralcorrosion.

从表3中看起来看来，在本实验的参数之间，影响X70钢在模拟溶液中的电化学行为的三个参数的排列由最高到最低依次是氧浓度，pH值和温度。

然而，从范围（R）来看三个参数无明显差异。

由此可见三个参数之间的相关作用异常明显。

从目前的工作中可以得出结论，在低温、缺氧和弱酸性环境下，X70管线钢在模拟溶液中的腐蚀速率最小。

根据楚[8]和卢[9]的报告，这样的环境很容易造成局部腐蚀从而引发应力腐蚀开裂。

然而，在高温、富氧和弱碱性条件下，腐蚀最为严重。

这种环境通常会引发全面腐蚀。

PotentiodynamicpolarizationandEIScurvesofX70steelintwokindsofsimulatedsolutionwereinconfirmationoftheaboveresults.Theenvironmentoflowtemperature,deficientoxygenandweakacidwasdefinedasA,theenvironmentofhightemperature,richoxygenandweakalkalinewasdefinedasB.Fig14showsthattheeffectsoftwokindsofconditiononthecorrosionbehaviorofX70steelinsimulatedsolution.Thefittedelectrochemicalparameters,includingpolarizationresistance（Rp）andcorrosioncurrentdensity（icorr）arelistedinTable4.ItwasseenthatthecorrosionofX70steelinsimulatedsolutionunderconditionofAwasobviouslysevere

thanthatofB.两种模拟溶液中的动电位极化和X70钢电化学阻抗谱曲线图就是对上述结果的确认。

低温、缺氧和弱酸性环境定义为A，高温、富氧和弱碱性环境定义为B。

图14显示了两种条件下X70钢在模拟溶液中腐蚀行为的影响。

拟合的电化学参数，包括极化阻力（Rp）和腐蚀电流密度（icorr）列于表4。

可以看出模拟溶液中X70钢在A环境下的腐蚀明显重于B环境。

ThecorrosionratesofX70steelimmergedintwokindsofsimulatedsoluti