二氧化碳和亞硝酸鹽共有環(huán)境中Q235碳鋼的鈍化和局部腐蝕研究.pdf

1、碳鋼是一種鈍化能力相對(duì)較弱的鋼種，其表面自然鈍化膜在堿性和中性環(huán)境中可以穩(wěn)定存在，但是在酸性環(huán)境中會(huì)被完全溶解。CO2腐蝕環(huán)境是一類非常典型的酸性腐蝕環(huán)境，在此環(huán)境中碳鋼表面自然鈍化膜發(fā)生溶解并由腐蝕產(chǎn)物層取代;NO2-是一種強(qiáng)氧化性物種，在堿性和中性環(huán)境中NO2-的存在可以修復(fù)碳鋼表面自然鈍化膜上的缺陷、促進(jìn)碳鋼表面的再鈍化、強(qiáng)化鈍化膜對(duì)碳鋼基體的保護(hù)作用。但是在酸性環(huán)境中，特別是在CO2腐蝕環(huán)境中，NO2-對(duì)碳鋼的鈍化作用效果和機(jī)制

2、還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道。本論文主要研究了Q235碳鋼在CO2和NO2-共存環(huán)境中的鈍化行為和局部腐蝕行為。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛薗235碳鋼在CO2飽和溶液和NaNO2溶液中的腐蝕行為。碳鋼在CO2飽和溶液中表現(xiàn)出活性溶解的電化學(xué)特征，腐蝕速度與碳鋼表面形成FeCO3層的形貌和成分密切相關(guān)，溫度會(huì)顯著影響FeCO3層的形貌和成分。碳鋼在NaNO2溶液中表現(xiàn)出自鈍化的電化學(xué)特征，碳鋼的鈍化與表面形成的Fe2O3鈍化膜密切相關(guān)，在

3、NaNO2溶液中碳鋼表面發(fā)生完全鈍化的臨界NaNO2濃度為0.01mol/L。
　?、茖aNO2加入到CO2飽和溶液中得到含不同濃度NO2-的CO2飽和溶液，研究了CO2飽和溶液中NO2-對(duì)Q235碳鋼的鈍化作用。在所研究的0.005-0.15 mol/L NO2-濃度范圍內(nèi)，開(kāi)路條件下NO2-在CO2飽和溶液中的存在不會(huì)使碳鋼表面發(fā)生鈍化，反而在一定程度上加速了碳鋼的腐蝕。陽(yáng)極極化條件下NO2-在CO2飽和溶液中的存在使碳鋼表

4、面發(fā)生了鈍化;碳鋼在含NO2-的CO2飽和溶液中表現(xiàn)出活化-鈍化-過(guò)鈍化的電化學(xué)行為;隨著NO2-濃度的增加，活化-鈍化轉(zhuǎn)變電位逐漸負(fù)移、陽(yáng)極電流密度更快地達(dá)到臨界鈍化電流密度;碳鋼在含NO2-的CO2飽和溶液中的臨界鈍化電流密度和臨界NO2-濃度分別為1.0 mA/cm2和0.05 mol/L。在含NO2-的CO2飽和溶液中，隨著外加陽(yáng)極電位的正移，當(dāng)碳鋼陽(yáng)極極化到活化區(qū)時(shí)，碳鋼表面首先形成FeCO3腐蝕產(chǎn)物層;當(dāng)碳鋼陽(yáng)極極化到活化-

5、鈍化過(guò)渡區(qū)時(shí)，由于NO2-的作用，在FeCO3腐蝕產(chǎn)物層下方形成Fe2O3鈍化膜。碳鋼表面發(fā)生鈍化的根本原因是NO2-對(duì)碳鋼表面的氧化作用。
　?、菍aNO2和NaCl同時(shí)加入到CO2飽和溶液中得到含不同濃度NO2-和Cl-的CO2飽和溶液，研究了Q235碳鋼在含NO2-和Cl-的CO2飽和溶液中的小孔腐蝕。碳鋼在含NO2-和Cl-的CO2飽和溶液中動(dòng)電位陽(yáng)極極化條件下表面發(fā)生了小孔腐蝕。在所研究的0.005-0.15mol/L

6、 NO2-濃度范圍和0.005-0.08 mol/L Cl-濃度范圍內(nèi)，在每個(gè)NO2-濃度下都存在一個(gè)碳鋼發(fā)生小孔腐蝕的Cl-濃度范圍，只有Cl-濃度在此濃度范圍內(nèi)時(shí)，碳鋼表面可以發(fā)生小孔腐蝕，碳鋼表現(xiàn)出活化-鈍化-孔蝕的電化學(xué)行為。NO2-和Cl-濃度變化都會(huì)影響碳鋼的孔蝕電位，當(dāng)NO2-濃度一定時(shí)，孔蝕電位隨著Cl-濃度的增加而負(fù)移，孔蝕電位與Cl-濃度之間滿足半對(duì)數(shù)線性關(guān)系;當(dāng)Cl-濃度一定時(shí)，孔蝕電位隨著NO2-濃度的增加而正移

7、，孔蝕電位與NO2-濃度之間直接滿足線性關(guān)系。
　?、犬?dāng)CO2飽和狀態(tài)不能維持且動(dòng)電位掃描速度較慢時(shí)碳鋼表面發(fā)生了晶間腐蝕，研究了CO2和NO2-共存環(huán)境中Q235碳鋼的晶間腐蝕。觀察到碳鋼在CO2+NaNO2溶液中陽(yáng)極極化條件下表面發(fā)生了晶間腐蝕現(xiàn)象，晶間腐蝕是CO2和NaNO2共同作用的結(jié)果，NO2-促進(jìn)了晶粒表面的鈍化，CO2誘導(dǎo)了晶界的溶解。碳鋼表面的晶間腐蝕主要發(fā)生在碳鋼被動(dòng)電位陽(yáng)極極化到活化-鈍化過(guò)渡區(qū)時(shí)，隨著外加陽(yáng)極

8、電位的正移，晶間腐蝕程度越來(lái)越嚴(yán)重，被溶解的晶界深度逐漸增大;當(dāng)碳鋼被動(dòng)電位陽(yáng)極極化到鈍化區(qū)時(shí)，晶界腐蝕程度和被溶解晶界的深度基本不發(fā)生變化;碳鋼晶間腐蝕與Si和Mn兩種元素的晶界成分偏析密切相關(guān)。動(dòng)電位掃描速度和CO2濃度會(huì)顯著影響碳鋼表面的晶間腐蝕，動(dòng)電位掃描速度低于0.3 mV/s時(shí)碳鋼表面才能發(fā)生晶間腐蝕;在CO2飽和狀態(tài)下，碳鋼表面沒(méi)有發(fā)生晶間腐蝕，這歸因于FeCO3層對(duì)碳鋼基體的保護(hù)作用;在所研究的0.01-0.1 mol/