弹、塑性应变对X90管线钢腐蚀行为的影响

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2025.06.009

摘要/Abstract

摘要：

应用慢应变速率拉伸实验、原位电化学测试、扫描电镜观察、XRD测试等实验方法，探究了南海海洋干湿交替环境下弹性应变和塑性应变对X90管线钢腐蚀行为的影响及其机理。结果表明，在弹性应变区，随着应变的增大，X90管线钢的腐蚀敏感性增大，但影响并不显著；在塑性应变区，随着应变的增大，X90管线钢腐蚀敏感性显著增大；当塑性应变达到5.5%时，X90管线钢表面的腐蚀情况最为严重；应变对X90管线钢腐蚀行为的影响归因于X90管线钢受到外加应力后产生的机械?电化学效应，在海洋干湿交替环境下X90管线钢的腐蚀表现为以阳极溶解为主，以析氢为辅。腐蚀产物分析结果表明，应变对腐蚀产物类型无明显影响。

关键词: 弹性应变, 塑性应变, X90管线钢, 机械?电化学效应, 电化学测试, 腐蚀形貌表征

Abstract:

The effect of elastic and plastic strain on corrosion behavior of X90 pipeline steel in a simulated marine alternating dry/wet environment was investigated by means of slow strain rate tensile test, in?situ electrochemical measurement, scanning electron microscope (SEM) observation and X-ray Diffraction (XRD) test. The results indicate that in the elastic strain regime, the corrosion susceptibility of X90 pipeline steel increases with the enhancement of elastic strain, but the effect is not pronounced. In the plastic strain regime, the corrosion susceptibility of X90 pipeline steel increases significantly with the enhancement of plastic strain. The most severe surface corrosion of X90 pipeline steel occurs at a plastic strain level of 5.5%. It is attributed to the mechano-electrochemical effect of X90 pipeline steel under external stress. The corrosion mechanism is anode dissolution dominated and hydrogen evolution assisted. The result of corrosion product analysis show that strain has no significant effect on the type of corrosion products.

Key words: Plastic strain, Elastic strain, X90 pipeline steel, Mechano?electrochemical effect, Electrochemical test, Corrosion morphology characterization

中图分类号:

TE88

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图/表 8

图1 慢性应变率拉伸实验用试样尺寸示意图（单位：mm）

Fig.1 Dimension diagram of the slow strain rate tensile test specimen(unit: mm)

图2 干湿交替周期浸润实验装置示意图

Fig.2 Schematic diagram of dry/wet alternating immersion test device

图3 海洋干湿交替环境中不同应变作用下的X90管线钢的动电位极化曲线

Fig.3 Dynamic potential polarization curve of X90 pipeline steel under different strain in alternating dry/wet environment

图4 海洋干湿交替环境中不同应变作用下X90管线钢的电化学阻抗图注：图4（b）中，带峰值的曲线为θ?lg(f/Hz)曲线，无峰值的曲线为lg[｜Z｜/（Ω·cm2）]?lg(f/Hz)曲线。

Fig.4 Electrochemical impedance diagram of X90 pipeline steel under different strain in alternating dry/wet environment

图5 等效电路图

Fig.5 Equivalent circuit diagram

表1 不同应变对应的X90管线钢的电化学阻抗拟合值

Table 1 Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) fitting values of X90 pipeline steel corresponding to different strain

应变	R_s/（Ω·cm²）	R_f/（Ω·cm²）	R_ct/（Ω·cm²）	Q_f/（Ω^-1·cm^-2·s ⁿ ）	Q_dl/（Ω^-1·cm^-2·s ⁿ ）	R_p/（Ω·cm²）
ε_e=0	60.19	42.58	1 922.00	0.000 129 6	0.001 885 0	1 964.58
ε_e=30.0%	12.62	23.59	1 399.00	0.019 060 0	0.003 939 0	1 422.59
ε_e=60.0%	102.60	21.10	776.70	0.003 692 0	0.047 640 0	797.80
ε_e=100.0%	607.60	21.80	601.50	0.003 492 0	0.010 200 0	623.30
ε_p=1.5%	7.89	11.83	518.90	0.015 870 0	0.072 510 0	530.73
ε_p=3.5%	8.89	12.86	427.80	0.028 340 0	0.001 967 0	440.66
ε_p=5.5%	8.72	10.79	0.01	0.050 390 0	0.002 505 0	10.80

图6 海洋干湿交替环境中不同应变作用下X90管线钢的微观腐蚀形貌

Fig.6 Microscopic corrosion morphology of X90 pipeline steel under different strain in marine alternating dry/wet environment

图7 不同应变作用下X90管线钢试样表面锈层产物的XRD谱图

Fig.7 XRD pattern of surface rust layer products of X90 pipeline steel specimens under different strain

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