金属腐蚀与防护.doc

碳钢在含硫介质和土壤中的极化行为 摘要：测定不同碳钢在研究土样中的阳极和阴极极化曲线；采用原油罐罐底水为介质, 测定不同含硫量pH值以及不同温度下碳钢的极化曲线,分析了各囚素对碳钢极化行为的影响研究结果表明：碳钢在硫含量大于0.2 g/L 、p H 值大于9以及一定电位下处于钝化状态, 腐蚀电流小；涂层越完整, 碳钢腐蚀越轻微, 阴极极化率越大, 在很小的保护电流下就可以实现对碳钢的阴极保护；因此涂层的完整性以及温度的控制对于碳钢腐蚀防护和阴极保护效果具有重要的现实意 义 关键词：碳钢；极化；土壤腐蚀；硫；pH值；温度；阴极保护 前言：碳钢在溶液中的极化行为随其周围介质中所含的杂质离子种类不同而变化, 尤其是在土壤中、含硫介质、含卤素离子【1】、硝酸根离子【2】等活性离子以及碳酸氢根离子的介质中,其极化影响尤为明显资料表明，近年来, 由于我国石油工业发展迅速, 国内原油(含硫低) 已不能满足生产需求, 许多企业开始进口国外原油, 国外原油尤其是中东原油含硫量高, 对石油加工、储运等设备产生严重的腐蚀, 因而引起许多石化企业的关注国外早在四、五十年代就开始研究硫对碳钢的腐蚀影响。

本文主要讨论石油储罐含硫罐底水中,以及碳钢在不同土样，不同的含硫量的改变对碳钢极化的影响 对于土样来说，通过QuickCale程序拟合,得到不同碳钢材料在研究土样中的腐蚀电流密度、自腐蚀电位、阴阳极的塔菲尔斜率参数由此可见,所研究的4种碳钢材料在研究土样中的动电位扫描极化曲线形状相似, 在阳极极化阶段均出现了一定程度的钝化由阴极极化阶段可见,当由自腐蚀电位向负方向极化时,先是出现活化极化,电位和电流密度的对数呈直线关系,随后曲线发生弯曲, 出现由活化极化和浓差极化混合控制的曲线部分, 当电流密度达到极限扩散电流密度后, 极化完全由氧扩散控制 对于含硫介质来说，不同含硫量的介质中A3钢的自腐蚀电位在阳极极化区发现, 含硫量为0.1g/L的介质腐蚀性比不含硫的介质腐蚀性强, 而含硫量为0.2g/L的介质其腐蚀性比原罐底水反而减弱, 甚至出现了钝化区,这是由于随着介质中硫含量的增加,阳极溶解产生的金属离子与硫离子结合,生成了硫化膜,这层硫化膜阻挡层部分抑制了金属的表面溶解, 起到一定的保护作用在硫含量为0.49g/L的电解液中A3钢的循环极化曲线,出现一小滞后环,在滞后环区域内,已存在小孔的区域腐蚀将继续发展下去,没有小孔的区域不会出现新的蚀孔【3】。

滞后环的面积较小,说明此时碳钢表面生成的硫化物膜比较致密,耐点蚀性能较好随着温度的升高,A3钢的自腐蚀电位逐渐正移, 自腐蚀电流增大这是因为由于温度升高,介质的电导率增加,氧气和硫离子的扩散加速等原因,使得金属表面的溶解速度加快,从而加速了腐蚀在碱性条件下(pH>9),A3钢的阳极极化曲线有一段钝化区,在此电位范围内其腐蚀电流很小,随电位升高变化不大,如Pourbaix 等人绘制的Fe-H2O系的理论电位-pH 图，在免蚀区和钝化区之间没有腐蚀区；而在通过极化试验所做的实验电位-pH图中，由于极化曲线在钝化前有一个活化腐蚀形成的活化峰，在免蚀区和钝化区存在一个腐蚀带【4】当电位正移超过一定值后,其腐蚀电流急剧升高,最后与中性、碱性介质中的极化曲线重合在碱性条件下出现上述现象, 是由于在碱性介质中,电位不是很高的条件下，A3钢表面生成了一层氧化膜覆于基体表面,从而提高了基体耐蚀性pH值的改变对A3钢的极化特性有很大影响,在pH值小于9时,A3钢的阳极极化曲线不出现钝化区,即使是在硫含量高达0.2g/L的介质中也一样由于溶液去气比较充分水解产生的氢氧根与溶液中的氢离子结合, 生成硫化氢,不断消耗水解产生的氢氧根和硫离子, 从而促进水解反应向右进行, 并伴有硫化氢气体溢出。

由此可导致溶液中氢氧根和硫离子的活度减小, 不利于氧化膜、硫化膜的形成, 所以不能达到保护碳钢的作用, 基体表面仍处于活性状态因此，两钢的阴极极化曲线和腐蚀电位的差异与溶液的pH值有关【5】，而在碱性介质中, 溶液有大量的氢氧根，阻碍水解反应的进行, 所以氢氧根和硫离子孤活度较高有利于生成氧化膜、硫化膜,对碳钢的基体起到一定的保护作用,从而减小了碳钢的腐蚀电流 结论：（1）硫在介质中的含量虽小, 但其作用却不可忽视在有应力存在的情况下, 硫化物会引起材料的应力腐蚀破裂; 在没有应力存在的情况下, 当硫含量大于0.2g/L 、p H 值大于9以及一定电位范围内可以对A3钢的腐蚀起到减缓作用,但大多数情况下会加速A3钢的局部腐蚀(如因生成瘤状物引起的垢下腐蚀)因而合理调整介质中硫离子的含量以及p H 值对减缓碳钢的腐蚀都可起到积极有效的作用2）温度也是影响碳钢腐蚀速度的重要因素在含硫介质中, 控制温度不要太高, 可以有效地减缓碳钢的腐蚀速度3） 在研究土样中，对于阴极保护所要求的电位范围- 11 125 5~ - 01 775 5 V ( SCE) ,相对于饱和硫酸铜电极为- 11 2~ - 01 85 V, 曲线呈现由活化极化和浓差极化混合控制。

涂层防护可有效的防止碳钢腐蚀, 当涂层完好无缺时, 碳钢的自腐蚀电流密度在10- 7 A/ m2 数量级, 几乎不发生腐蚀由于多种因素导致防腐涂层存在缺陷, 甚至完全剥离, 致使碳钢与土壤直接接触, 自腐蚀电流大大增加, 此时需要对碳钢构件施加阴极保护涂层的完整性对阴极保护的效果有重要影响涂层越完整, 碳钢的阴极极化率越大, 只需要很小的保护电流密度就可以发生较大的极化, 易于实现保护1】林玉珍, 王贤铭.雍兴跃.碳钢在3%氯化钠溶液中的腐蚀机理的探讨[J].腐蚀科学与防护技术, 1992,4(2):72一78.【2】王超,等.利用动电位再活化法研究外加阴离子对铁钝化过程的影响[J]腐蚀科学与防护技术, 1993,5(3):158一1623】魏宝明.等金属腐蚀理论及应用[M]北京:化学工业出版社, 1984 .115一1405】M.Pourbaix. Significance of Protection Potential in Pitting and Intergranualar [J].Corrosion,1970,26(10):431-438.【6】B.Mazza, T.P.Pedferri,G..Rondelli,et al,Electrochemichal Polarization Studies of API 5L Grade X65 Steel in Chloride[C],10th International Congress on Metallic Corrosion, Madras, 1987.。