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-是一種強氧化性物種，在堿性和中性環(huán)境中NO2-的存在可以修復碳鋼表面自然鈍化膜上的缺陷、促進碳鋼表面的再鈍化、強化鈍化膜對碳鋼基體的保護作用。但是在酸性環(huán)境中，特別是在CO2腐蝕環(huán)境中，NO2-對碳鋼的鈍化作用效果和機制

2、還沒有文獻報道。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，溫度會顯著影響FeCO3層的形貌和成分。碳鋼在NaNO2溶液中表現(xiàn)出自鈍化的電化學特征，碳鋼的鈍化與表面形成的Fe2O3鈍化膜密切相關，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，開路條件下NO2-在CO2飽和溶液中的存在不會使碳鋼表面發(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-過鈍化的電化學行為;隨著NO2-濃度的增加，活化-鈍化轉變電位逐漸負移、陽極電流密度更快地達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，隨著外加陽極電位的正移，當碳鋼陽極極化到活化區(qū)時，碳鋼表面首先形成FeCO3腐蝕產(chǎn)物層;當碳鋼陽極極化到活化-

5、鈍化過渡區(qū)時，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-對碳鋼表面的氧化作用。
　　⑶將NaNO2和NaCl同時加入到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飽和溶液中動電位陽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，在每個NO2-濃度下都存在一個碳鋼發(fā)生小孔腐蝕的Cl-濃度范圍，只有Cl-濃度在此濃度范圍內時，碳鋼表面可以發(fā)生小孔腐蝕，碳鋼表現(xiàn)出活化-鈍化-孔蝕的電化學行為。NO2-和Cl-濃度變化都會影響碳鋼的孔蝕電位，當NO2-濃度一定時，孔蝕電位隨著Cl-濃度的增加而負移，孔蝕電位與Cl-濃度之間滿足半對數(shù)線性關系;當Cl-濃度一定時，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系。
　　⑷當CO2飽和狀態(tài)不能維持且動電位掃描速度較慢時碳鋼表面發(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共同作用的結果，NO2-促進了晶粒表面的鈍化，CO2誘導了晶界的溶解。碳鋼表面的晶間腐蝕主要發(fā)生在碳鋼被動電位陽極極化到活化-鈍化過渡區(qū)時，隨著外加陽極

8、電位的正移，晶間腐蝕程度越來越嚴重，被溶解的晶界深度逐漸增大;當碳鋼被動電位陽極極化到鈍化區(qū)時，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。動電位掃描速度和CO2濃度會顯著影響碳鋼表面的晶間腐蝕，動電位掃描速度低于0.3 mV/s時碳鋼表面才能發(fā)生晶間腐蝕;在CO2飽和狀態(tài)下，碳鋼表面沒有發(fā)生晶間腐蝕，這歸因于FeCO3層對碳鋼基體的保護作用;在所研究的0.01-0.1 mol/