摘要
盐渍土是我国主要土壤类型之一，广泛分布于我国西北、华北、东北及沿海地区。大量能源设施、重要能源运输干支管线以及大批风光发电项目布局于盐渍土中。铁质金属在盐渍土壤环境中会发生严重的电化学腐蚀，能源设施的腐蚀破坏长期威胁着我国能源供应的安全与稳定。土壤腐蚀造成巨量不可再生能源和自然资源的浪费，与绿色低碳的发展理念背道而驰，阻碍我国能源革命的继续推进和“碳达峰碳中和”目标的实现。 基于调查和分析国内典型盐渍土类型与分布、重要能源资源分布、能源设施及运输管线分布和能源领域常用低碳钢材料等情况，本文选择陕西省榆林市定边县的盐渍土壤和Q235、X65、X70、X80四种低碳钢为研究对象。研究了盐渍土中低碳钢在龄期、温度两个因素作用下的电化学腐蚀行为和腐蚀机理。研究结果可以为类似土壤环境中低碳钢的腐蚀保护工程提供数据支撑和理论依据，有效推动节能降碳，促进绿色发展。 采用电化学测试手段（EIS、PC）、宏微观腐蚀形貌及产物表征技术（高清相机、SEM、EDS、XPS）在实验室条件下系统的研究了盐渍土中四种低碳钢在龄期和温度两个因素分别作用下的电化学腐蚀行为。主要研究成果如下： （1）四种低碳钢在盐渍土中发生的电化学腐蚀类型为耗氧腐蚀，土壤中的溶液提供腐蚀反应场所，低碳钢为腐蚀微电池的阳极，失去电子，阳极发生金属溶解，土壤和钢中的杂质以及部分腐蚀产物为腐蚀微电池的阴极，得到电子，阴极氧气被还原。Cl?对低碳钢具有很强的穿透破坏作用，Cl?富集区低碳钢腐蚀更严重。 （2）通过电化学试验测得四种低碳钢在不同龄期下的电化学阻抗谱，建立了腐蚀体系的等效电路模型，通过拟合分析得出四种低碳钢的腐蚀体系主要有两个组成部分，分别是土壤—锈层界面和锈层—铁基界面；锈层电阻、电荷转移电阻和扩散阻抗是表征低碳钢腐蚀行为的重要参数，随着龄期的增加，锈层电阻持续增大，扩散阻抗波动增大，电荷转移电阻波动变化；四种低碳钢的腐蚀速率随龄期增加呈波动减小的趋势。 （3）采用电化学测试技术研究了温度对四种低碳钢腐蚀行为的影响，通过分析电化学阻抗谱，建立了不同温度下的等效电路模型；通过电化学参数拟合，发现冰点以上电荷转移过程为主要控制步骤，冰点以下扩散过程为主要控制步骤；通过分析计算介电谱，低碳钢腐蚀体系的极化过程主要包括偶极子松弛极化过程、离子松弛极化过程和空间电荷极化过程；四种低碳钢的极化曲线呈现明显的活化—钝化特征，随着温度的降低，四种低碳钢的腐蚀速率均逐渐减小。 （4）通过腐蚀形貌观察，发现四种低碳钢均发生局部腐蚀，腐蚀试样的表面不均匀，遍布坑洞、裂纹和翘起，表面极不均匀，腐蚀产物分层破碎，越靠近低碳钢表面的腐蚀产物层越致密；长龄期下低碳钢腐蚀破坏严重，堆积腐蚀产物多；低温下土壤溶液冻结，低碳钢腐蚀产物层发生了冻胀破坏。采用产物表征技术研究了低碳钢在盐渍土中的腐蚀产物类型，主要腐蚀产物包括赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、四方纤铁矿、纤铁矿。 （5）在龄期和温度影响试验中，四种钢表现出了不同的的耐腐蚀性能，X80钢最优，X70钢和X65钢次之，Q235钢最差。通过分析四种钢的成分组成，发现合金元素的种类和含量是影响四种低碳钢的耐腐蚀性的最主要因素，其中起主要影响的元素为C元素，实际工程中应依据土壤环境的情况选择低碳钢的种类。
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