摘要：对给排水管道用TP140钢进行了模拟市政给排水管道水中应力条件下的缝隙腐蚀试验。结果表明，无论有无外加应力，缝隙的存在都会加剧TP140钢材料的腐蚀，使得有缝隙试样的腐蚀速率远大于无缝隙试样；随着外加应力从0.6σ增加至1.0σ，TP140钢的最大腐蚀深度和平均腐蚀深度都呈现为先减小而后增加的趋势，在外加应力为0.8σ时取得最小值；相对于未施加外加应力条件，随着外加应力的增加，无缝隙和有缝隙条件下试样的腐蚀电位均向负向移动，且腐蚀电流密度均增大。施加外加应力，TP140钢的耐腐蚀性能降低，且有缝隙试样的腐蚀更为严重；外加应力试样的交流阻抗谱图中容抗弧的半径有所减小，腐蚀速率有所加快，这表明外加应力使材料的电化学阻抗降低，加速了TP140钢的腐蚀。
关键词：给排水管道；模拟腐蚀环境；应力；腐蚀形貌；电化学
1试验材料与方法
试验基材为给排水管道专用TP140套管钢，参照ASTMG78-2007《海水及其它含氯化物的水环境中铁基和镍基不锈合金的裂隙腐蚀试验的标准》和-ASTMG48《用三氯化铁溶液测定不锈钢及有关合金耐点腐蚀和缝隙腐蚀的标准试验方法》进行拉伸应力下的缝隙腐蚀试验，试样尺寸为30mm×40mm×3mm，所施加的应力采用四点弯曲实验方法进行(挠度计控制应力大小，四点弯夹具固定试样)，应力范围为0~1.0σ(屈服强度)，在制备好的试样中间部位预留10mm×15mm的缝隙区域，并使用3M耐高温双面胶固定缝隙宽度。模拟市政给排水管道腐蚀环境进行了试验介质配制，其中，HCO3-含量为为190mg/L、Cl-含量为12900mg/L、SO42-含量为450mg/L、Ca2+含量为8300mg/L、Mg2+含量为560mg/L、K+含量为6600mg/L和Na+含量为76000mg/L。采用扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察；采用材料腐蚀测试系统对无缝隙和有缝隙试样进行高温浸泡试验，温度为98℃、浸泡时间为300h，试验结束后取出试样并根据GB/T16545标准去除表面腐蚀产物，并进行无水乙醇脱水、吹干和称重，计算不同条件下的腐蚀速率；采用轮毂测试仪对不同应力条件下的腐蚀轮廓进行测量，以得到腐蚀深度参数；采用电化学工作站对缝隙腐蚀试样进行极化曲线和交流阻抗谱测试，标准三电极体系，参比电极为Ag/AgCl、辅助电极为Pt、工作电极为被测试样，温度为80℃，扫描速度为1mV/s，并采用Zsimpwin软件对测试结果进行拟合。
2试验结果及讨论
对于未施加外加应力的试样，无缝隙和有缝隙条件下的腐蚀速率分别为0.534和1.840mm/a；当对试样施加0.6σ~1.0σ外加应力后，相同应力作用下无缝隙试样的腐蚀速率都要小于有缝隙试样，且后者约为前者的3倍左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，对比分析可见，随着外加应力从0.6σ增加至1.0σ，TP140套管钢的腐蚀速率呈现先减小而后增大的趋势，在0.8σ时取得最小腐蚀速率，其次为0.6σ，而1.0σ时的腐蚀速率最大[1]。由此可见，对于TP140套管钢而言，无论有无外加应力，缝隙的存在都会加剧材料的腐蚀，使得有缝隙试样的腐蚀速率远大于无缝隙试样。在模拟腐蚀介质中TP140钢发生了缝隙腐蚀，在腐蚀初期，缝隙边部和心部都存在由微电池腐蚀引起的均匀腐蚀。随着腐蚀反应的进行，缝隙内的腐蚀介质的相对流动性较差而造成氧的的扩散和补充困难，微电池反应在缝隙中的O耗尽后停止并在缝隙内外形成了氧浓度差电池(缝隙内缺氧的区域作为阳极区，而缝隙外材料作为阴极区)。
由于缝隙内材料的表面积要远小于缝隙外材料，缝隙内的阳极反应会由于缝隙外的阴极反应的进行而加速。若干次的循环往复反应后，缝隙内的TP140钢的腐蚀程度会进一步加剧，而边缘部位仍然以均匀腐蚀为主，中心区域则出现了较深的腐蚀坑[2]。此外，对比不同应力下区域3的腐蚀形貌可见，外加应力为0.8σ作用下TP140钢的腐蚀程度最轻，而1.0σ作用下有缝隙TP140钢的腐蚀程度最重，这与表2的腐蚀速率的测试结果保持一致。采用腐蚀轮廓仪对外加应力分别为0.6σ、0.8σ和1.0σ作用下的缝隙腐蚀深度进行测量。随着外加应力的增加，最大腐蚀深度和平均腐蚀深度都呈现为先减小而后增加的趋势。在外加应力为0.8σ时取得最小值，表明此时的缝隙腐蚀程度相对较低，这与浸泡腐蚀速率测试结果保持一致。
这主要是由于模拟市政给排水管道水环境介质中含有HCO3-离子。在未施加外加应力作用时，根据式(1)和(2)可知，TP140钢在腐蚀介质中会在表面形成腐蚀产物膜；对试样施加外加应力作用后，外加应力的增加会使相关反应速度加速，从而形成较多的腐蚀产物膜而延缓了腐蚀反应的进行，因此外加应力为0.8σ时的腐蚀速率和腐蚀深度要小于外加应力为0.6σ时的试样；但是当外加应力增加至1.0σ时，此时的外加应力已经接近于塑性变形，表面腐蚀产物膜会受到破坏而加剧腐蚀反应的进行，腐蚀速率和腐蚀深度反而增大。
在电化学腐蚀方面，对不同外加应力作用下无缝隙和有缝隙试样进行极化曲线测试。对于未施加外加应力的试样，无缝隙和有缝隙条件下的腐蚀电位分别为-641mV和-712mV，腐蚀电流密度分别为0.03mV和0.12mA/cm-2；当施加0.4σ外加应力后，无缝隙和有缝隙条件下的腐蚀电位分别为-682mV和-732mV，腐蚀电流密度分别为0.04mA/cm-2和0.18mA/cm-2，对应的腐蚀电位相对未施加外加应力时发生了负向移动，且腐蚀电流密度都增加；随着外加应力的增加，无缝隙和有缝隙条件下试样的腐蚀电位都相较于未施加外加应力时发生了负向移动，且腐蚀电流密度都增大。根据腐蚀腐蚀电位和腐蚀电流密度与材料耐腐蚀性能之间的对应关系可知，施加外加应力后TP140钢的耐腐蚀性能降低，且有缝隙试样的腐蚀更为严重[3]。此外，从阳极塔菲尔斜率Ba和阴极塔菲尔斜率Bc的结果来看，施加外加应力作用下无缝隙和有缝隙试样的Ba和Bc值都低于未施加外加应力的试样。由此可见，外加应力对TP140钢腐蚀的阴极和阳极反应都有一定的促进作用。
3结论
随着外加应力从0.6σ增加至1.0σ，TP140套管钢的腐蚀速率呈现先减小而后增大的趋势，在0.8σ时取得最小腐蚀速率，其次为0.6σ，而1.0σ时的腐蚀速率最大。从缝隙边部至中心区域的腐蚀呈现出逐渐加重的趋势；缝隙边部区域的腐蚀呈现出均匀腐蚀特征，而中心区域表面可见尺寸不等的较深的腐蚀坑；随着外加应力的增加，最大腐蚀深度和平均腐蚀深度都呈现为先减小而后增加的趋势，在外加应力为0.8σ时取得最小值，表明此时的缝隙腐蚀程度相对较低，这与浸泡腐蚀速率测试结果保持一致。随着外加应力的增加，无缝隙和有缝隙条件下试样的腐蚀电位都相较于未施加外加应力时发生了负向移动，且腐蚀电流密度都增大，施加外加应力后TP140钢的耐腐蚀性能降低，且有缝隙试样的腐蚀更为严重。
参考文献：
[1]张世福. 市政工程给排水管道施工质量控制[J]. 住宅与房地产,2016(03):154.
[2]闫鑫. 市政工程给排水管道承插口施工技术分析[J]. 民营科技,2017(05):159.
[3]唐晓,时春涛,曹光,李焰. 海岸土壤环境对油气管道局部腐蚀的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报,2016,36(03):191-196.
论文作者:闫湛青
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/30
标签：缝隙论文; 应力论文; 试样论文; 速率论文; 条件下论文; 管道论文; 深度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;