每年因腐蝕損失的金屬占服役金屬總量的15%左右，造成巨大的經(jīng)濟浪費，且這個數(shù)據(jù)還在逐年升高。X80鋼作為管線鋼的首選鋼級，對其防腐蝕措施的研究也不可忽視。X80鋼的腐蝕防護措施主要有陰極保護、防護涂層、緩蝕劑及表面處理等。

一、陰極保護

1834年，法拉第提出第一陰極保護原理，為陰極保護奠定了理論基礎(chǔ)，后經(jīng)不斷地創(chuàng)新與完善，陰極保護方法誕生，并至今仍被廣泛使用，其發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 陰極保護的發(fā)展歷程

陰極保護法是通過對易腐蝕的金屬施加電流，使其成為陰極，抑制腐蝕反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移，從而對金屬起到保護作用。目前，陰極保護法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種金屬的防腐蝕工作中。

鄭平等分別施加-850、-1000、-1100、-1200 mV恒電位對X80鋼進行陰極保護，在鷹潭土壤模擬溶液中研究了X80鋼的應(yīng)力腐蝕。結(jié)果表明：當(dāng)電位為-1100 mV時，X80鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性達到極小值，所以該電位為最佳保護電位；當(dāng)電位超過-1100 mV時，出現(xiàn)“過保護”，開始出現(xiàn)析氫現(xiàn)象。

陳迎春等研究了陰極保護對X80鋼和X65鋼在大港土壤中腐蝕的影響，采用電化學(xué)阻抗法和極化曲線法對陰極保護參數(shù)進行分析。結(jié)果表明：X80鋼和X65鋼的最佳保護電位分別為-800 mV和-850 mV，析氫電位分別為-960 mV和-970 mV。

鄧志龍等研究發(fā)現(xiàn)：在較高的保護電位下（-950～-800 mV），X80鋼基體和夾雜物周圍均發(fā)生了點蝕；負移保護電位可抑制點蝕發(fā)生，當(dāng)保護電位負移至-1000 mV時，僅夾雜物周圍發(fā)生了點蝕，當(dāng)保護電位負移至-1200 mV時，基體和夾雜物周圍均未發(fā)生點蝕。

陰極保護通過調(diào)整電位至最佳保護電位，可對X80管線鋼進行有效的保護，延長其服役時間，但是要避免“過保護”和“欠保護”的出現(xiàn)。“欠保護”會使保護措施不到位，防腐蝕效果較差；“過保護”會使鋼材產(chǎn)生析氫現(xiàn)象，導(dǎo)致氫脆。目前陰極保護主要應(yīng)用于土壤和海洋中服役的X80管線鋼。

二、防護涂層

防護涂層技術(shù)是指將具有防腐蝕特性的涂層材料涂抹至鋼材的內(nèi)外表面，使內(nèi)外環(huán)境與鋼材之間實現(xiàn)有效的隔離，防止腐蝕的發(fā)生。在長時間服役后，X80管線鋼表面的防護涂層會發(fā)生不同程度脫落，裸露的鋼材失去涂層保護后會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，因此防護涂層技術(shù)的研究對X80鋼的腐蝕防護有重要的意義。

郝友菖等以聚苯硫醚和二氧化硅作為原材料在X80鋼表面制備了超雙疏涂層，制備流程如圖2所示，然后通過電化學(xué)試驗研究了該超雙疏涂層在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液中的防腐蝕效果。結(jié)果表明：X80鋼表面被防腐蝕涂層覆蓋后，其自腐蝕電位由0.647 V降至0.475 V，腐蝕電流密度由2.36×10-4 A/cm2降至3.26×10-6 A/cm2，該超雙疏涂層的防腐蝕效果顯著。

圖2 超雙疏涂層制備流程

景紅等將氧化石墨烯(GO)添加至環(huán)氧樹脂涂層中對其進行改性處理，在不同NaCl含量下探究了涂有改性涂層X80鋼的腐蝕行為。結(jié)果表明，GO的結(jié)構(gòu)可以將CI- 等腐蝕性介質(zhì)阻擋在涂層外，同時改性涂層破損后，腐蝕僅發(fā)生在破損處，沒有延伸的跡象，腐蝕產(chǎn)物附著在破損處對基體起到保護作用。通過GO改性處理后，環(huán)氧樹脂涂層的防腐蝕效果顯著提升。

ZHAO采用五靶磁控濺射技術(shù)在X80鋼表面制備了AlTiCrNiTa高熵合金(HEA)涂層，并在3.5% NaCl溶液中對其防腐蝕效果進行了研究。結(jié)果表明，該涂層具有單一的BCC微晶結(jié)構(gòu)，能有效提高其耐蝕性，經(jīng)過電化學(xué)腐蝕后，該涂層仍能保持完整致密，對X80鋼提供有效的保護。

在X80鋼內(nèi)外表面覆蓋防腐蝕涂層，可以避免鋼材和內(nèi)外腐蝕環(huán)境接觸而發(fā)生腐蝕。該方法具有成本低、設(shè)備簡單和效率高等諸多優(yōu)點，相關(guān)研究也非常多。目前，防護涂層技術(shù)已普遍用于服役鋼材。

三、緩蝕劑

緩蝕劑由于制備使用方便和高效等特點深受業(yè)界歡迎。目前，工業(yè)緩蝕劑的種類以Bx(CrO4)y、Bx(NO3)y和Bx(PO4)y為主，但是這些緩蝕劑對環(huán)境和人體均會產(chǎn)生危害，因此高效、綠色緩蝕劑一直是研究的熱點。

朱永艷等研究了咪唑啉（C22H42N2O）、膦酰基丁烷三羧酸（PBTCA）和聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）三種無害緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C22H42N2O的緩蝕效果最強，PBTCA的緩蝕效果次之，PESA的緩蝕效果最弱。

鄭超超等對緩蝕劑二水合鎢酸鈉和六水合硝酸鈰進行復(fù)合，在NaCl溶液中對比研究了單一緩蝕劑和復(fù)合緩蝕劑對X80鋼的緩蝕作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：單獨使用緩蝕劑二水合鎢酸鈉和六水合硝酸鈰時，緩蝕效率分別為49.11%和30.00%；復(fù)合使用后，緩蝕效率達到了99%以上，緩蝕效果得到大幅度提升。

ZHANG等研究了四氫吖啶類緩蝕劑在油田采出水中對X80鋼的緩蝕作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在15% HCl的腐蝕介質(zhì)中，四氫吖啶類緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果顯著，其中MPTA和EPTA的緩蝕效率最大，分別達到了97.87%和95.96%。

ITUEN等以洋蔥和果皮中的提取物為原料制備了新型緩蝕劑Ni-OMNPs，并在鹽酸腐蝕介質(zhì)中研究了這種新型緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果。結(jié)果表明，在30 ℃條件下，該新型緩蝕劑Ni-OMNPs的緩蝕效率到達93.99%左右，可明顯抑制X80鋼腐蝕，使X80鋼的點蝕和表面粗糙度分別降低了51.2%和52.3%。

在用量很少的情況下，緩蝕劑就可以對X80鋼腐蝕起到很大的抑制作用，防腐蝕效果和其含量、外界溫度和腐蝕介質(zhì)pH等有關(guān)，因此應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的腐蝕環(huán)境和鋼種選擇適合的緩蝕劑，才能使緩蝕劑最大程度發(fā)揮出其防腐蝕效果。傳統(tǒng)緩蝕劑容易對環(huán)境造成污染，所以近年來綠色高效緩蝕劑引起了人們的廣泛關(guān)注，是該領(lǐng)域重要的研究方向。

四、表面處理

用于防腐蝕的表面處理技術(shù)包括噴丸、滲層和激光等。通過這些技術(shù)可改變鋼材表面的晶粒大小或者向表面組織中引入耐蝕元素，從而使鋼材內(nèi)外表面具有較強的耐腐蝕性能。

孔德軍等采用激光沖擊波對X80管線鋼表面進行強化處理，發(fā)現(xiàn)激光沖擊后X80鋼表面晶粒得到細化，使其在含飽和硫化氫的NACE腐蝕溶液中的應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)降低了5.48%，耐腐蝕性能提高。

葉存東采用激光對X80鋼焊接接頭進行了熱處理，同樣以含飽和硫化氫的NACE溶液為腐蝕介質(zhì)，研究了激光熱處理對X80鋼焊接接頭耐腐蝕性能的影響。他發(fā)現(xiàn)激光熱處理后X80鋼焊接接頭的自腐蝕電位由-670 mV正移到-600 mV，X80鋼焊接接頭由全面腐蝕向局部腐蝕轉(zhuǎn)變，耐腐蝕性能提高。

鮮寧等對X80鋼焊接接頭表面進行了噴丸強化，并在硫化氫環(huán)境中分析了其應(yīng)力腐蝕開裂行為。結(jié)果表明：噴丸強化使X80鋼焊接接頭表面晶粒細化并存在殘余壓應(yīng)力，在這兩種因素的共同影響下, X80鋼焊接接頭的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能得到很大程度提升，對噴丸處理后的表面進行打磨可改善噴丸強化帶來的不利影響，進一步提高接頭的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能。

結(jié)語

X80鋼防腐蝕措施主要有陰極保護、防護涂層、緩蝕劑和表面處理。采用陰極保護法時，要確定好合適的電位，避免“欠保護”和“過保護”現(xiàn)象發(fā)生；緩蝕劑防腐蝕具有高效、成本低等優(yōu)點，但目前工業(yè)中使用的緩蝕劑大多具有低毒性，因此制備綠色無毒緩蝕劑成為當(dāng)務(wù)之急；防護涂層方法對X80鋼腐蝕防護效果顯著，已普遍使用于在役管線，但隨著服役時間的延長，涂層容易脫落，脫落部分表面會發(fā)生腐蝕；表面處理技術(shù)可以直接對鋼材表面的性能做出改變，提高其耐腐蝕性能，是一種優(yōu)良的防腐蝕方法。

圖3 X80鋼腐蝕行為和防腐蝕措施總結(jié)圖

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作者：周朝剛1,2，胡錦榛1，陳慶功1,2，陳琪雅1,2，王書桓1,2，艾立群1,2

工作單位：1. 華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院

2. 唐山市特種冶金及材料制備重點實驗室

通信作者簡介：王書桓，教授，博士，主要從事煉鋼新技術(shù)與品種鋼開發(fā)、冶金熔體理論與應(yīng)用、高壓特種冶金、鋼鐵材料表面處理等方面的研究。