摘要

通過失重實驗、宏觀形貌觀察、SEM分析、腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物分析和(he)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)測試(shi)研究(jiu)了電(dian)(dian)(dian)網設(she)備主要(yao)(yao)金(jin)屬材料碳鋼(gang)在(zai)四川德(de)陽(yang)(yang)地區暴露(lu)1 a的(de)(de)(de)大氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行為。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，在(zai)四川德(de)陽(yang)(yang)3個變電(dian)(dian)(dian)站環境下碳鋼(gang)的(de)(de)(de)平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率分別為13.8、23.47和(he)40.18 μm/a，除(chu)銹后碳鋼(gang)表(biao)面(mian)存(cun)在(zai)大量點蝕(shi)(shi)(shi)坑。德(de)陽(yang)(yang)不同地區暴露(lu)碳鋼(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物主要(yao)(yao)由α-FeOOH、γ-FeOOH和(he)Fe3O4組成(cheng)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)嚴重地區銹層(ceng)中α-FeOOH組分比(bi)例有所(suo)增(zeng)加(jia)。電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，在(zai)重工業環境下碳鋼(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)嚴重，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)流密度大，銹層(ceng)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)和(he)電(dian)(dian)(dian)荷(he)轉移電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)增(zeng)大。這一結(jie)果(guo)進一步說明(ming)碳鋼(gang)表(biao)面(mian)形成(cheng)的(de)(de)(de)銹層(ceng)在(zai)一定程度上能有效保護基體，減緩基體的(de)(de)(de)進一步腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。

關鍵(jian)詞： 輸(shu)變(bian)電設備(bei) ; 碳(tan)鋼 ; 大(da)氣腐(fu)蝕

金屬材(cai)料(liao)(liao)廣泛應用于(yu)輸變電(dian)(dian)(dian)設(she)備。根據國網四川省電(dian)(dian)(dian)力(li)公司輸變電(dian)(dian)(dian)設(she)備腐(fu)蝕(shi)(shi)調查統計結果(guo)[1]，設(she)備外殼和構支(zhi)架(jia)腐(fu)蝕(shi)(shi)案例約占變電(dian)(dian)(dian)方面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)案例總數的(de)(de)55%；輸電(dian)(dian)(dian)線路桿塔(ta)腐(fu)蝕(shi)(shi)案例約占輸電(dian)(dian)(dian)方面(mian)設(she)備腐(fu)蝕(shi)(shi)案例總數的(de)(de)47%。材(cai)料(liao)(liao)在不同(tong)的(de)(de)大(da)氣環境下腐(fu)蝕(shi)(shi)行為差(cha)異較大(da)，局(ju)部環境下材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)嚴重(zhong)腐(fu)蝕(shi)(shi)容(rong)易引起輸變電(dian)(dian)(dian)設(she)備材(cai)料(liao)(liao)及構件失效導致電(dian)(dian)(dian)網安全事(shi)故發生，造成大(da)量的(de)(de)經(jing)濟損失和維修費用。

在(zai)(zai)(zai)(zai)電網輸變電工(gong)程中，超過(guo)90%的(de)(de)設(she)備(bei)處于(yu)不同(tong)的(de)(de)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中，而這些設(she)備(bei)主(zhu)要(yao)材質為(wei)(wei)碳(tan)鋼(gang)，材料耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)優(you)劣直接(jie)影(ying)響到設(she)備(bei)的(de)(de)使用(yong)壽命(ming)。通(tong)常認為(wei)(wei)影(ying)響材料大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能的(de)(de)主(zhu)要(yao)環(huan)(huan)境(jing)(jing)因素[2,3]有3個：溫度在(zai)(zai)(zai)(zai)0 ℃以上且濕(shi)(shi)(shi)度超過(guo)臨(lin)界濕(shi)(shi)(shi)度 (80%) 的(de)(de)時間 (潤濕(shi)(shi)(shi)時間)、SO2的(de)(de)含量(liang)和(he)(he)鹽(yan)粒(li)子、灰塵(chen)粒(li)子的(de)(de)含量(liang)[4]。針(zhen)對不同(tong)的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)(jing)條件，很(hen)多學者(zhe)對金屬(shu)材料的(de)(de)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行(xing)為(wei)(wei)進行(xing)了(le)研(yan)(yan)究(jiu)[5-10]，不同(tong)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)，材料的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)理存在(zai)(zai)(zai)(zai)差異。肖(xiao)葵等(deng)[11]研(yan)(yan)究(jiu)了(le)Q235碳(tan)鋼(gang)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)初(chu)(chu)期(qi)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物類型和(he)(he)形成機(ji)(ji)理，研(yan)(yan)究(jiu)表明，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)多起源于(yu)夾雜物MnS附近，初(chu)(chu)期(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物主(zhu)要(yao)由α-FeOOH、γ-FeOOH和(he)(he)γ-Fe2O3構成。汪川等(deng)[12]研(yan)(yan)究(jiu)了(le)碳(tan)鋼(gang)和(he)(he)耐(nai)(nai)候鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)(zai)熱帶(dai)雨林(lin)、海(hai)洋(yang)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)和(he)(he)工(gong)業(ye)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)3種大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)的(de)(de)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)規律。結果(guo)(guo)表明，碳(tan)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)濕(shi)(shi)(shi)熱的(de)(de)海(hai)洋(yang)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率極高(gao)，遠遠高(gao)于(yu)熱帶(dai)雨林(lin)和(he)(he)工(gong)業(ye)大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。王力等(deng)[13]對比(bi)研(yan)(yan)究(jiu)了(le)Q235鋼(gang)和(he)(he)Q450鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)(zai)吐魯(lu)番(fan)干(gan)熱大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)暴曬4 a的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行(xing)為(wei)(wei)，結果(guo)(guo)表明，在(zai)(zai)(zai)(zai)干(gan)熱大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中，含有Cr、Cu的(de)(de)Q450鋼(gang)比(bi)Q235鋼(gang)表現出(chu)更優(you)異的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能。目前，對于(yu)碳(tan)鋼(gang)材料在(zai)(zai)(zai)(zai)四川大(da)(da)(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行(xing)為(wei)(wei)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)鮮有報道(dao)。

德(de)陽(yang)(yang)位于成都平(ping)原(yuan)東北部，地(di)處龍(long)門(men)山(shan)脈(mo)向四川(chuan)(chuan)盆地(di)過渡地(di)帶，西北部為(wei)山(shan)地(di)垂直氣(qi)候，東南部為(wei)中亞熱(re)帶濕(shi)潤(run)季風氣(qi)候，年平(ping)均(jun)氣(qi)溫15~17 ℃，年平(ping)均(jun)濕(shi)度78%，年總日照時(shi)數1000~1300 h，年平(ping)均(jun)降(jiang)雨(yu)量900~950 mm，德(de)陽(yang)(yang)潮濕(shi)多(duo)雨(yu)的(de)(de)氣(qi)候和重工業(ye)污染(ran)環境(jing)(jing)對(dui)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)行(xing)為(wei)有(you)較大的(de)(de)影響。因此(ci)，研(yan)究輸變電材料在(zai)德(de)陽(yang)(yang)不(bu)同大氣(qi)環境(jing)(jing)下的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)行(xing)為(wei)，了解碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)機理，對(dui)于碳(tan)鋼(gang)(gang)材料 (電網(wang)輸變電設備) 在(zai)德(de)陽(yang)(yang)乃(nai)至四川(chuan)(chuan)環境(jing)(jing)下的(de)(de)防(fang)腐工作開展具有(you)指導意義。

本文(wen)選(xuan)取德陽(yang)市3個典型地區(qu)(qu)的變(bian)(bian)電站作為(wei)暴曬(shai)試(shi)驗(yan)站點，對碳鋼(gang)(gang)進行(xing)(xing)為(wei)期1 a的大氣(qi)暴曬(shai)。其中A變(bian)(bian)電站位(wei)(wei)于德陽(yang)市中江縣，所(suo)處環(huan)(huan)境(jing)為(wei)鄉村大氣(qi)環(huan)(huan)境(jing)；B變(bian)(bian)電站位(wei)(wei)于德陽(yang)市什邡市，附近(jin)存在(zai)少(shao)量化工(gong)(gong)企業，所(suo)處環(huan)(huan)境(jing)可劃分(fen)為(wei)輕污(wu)染工(gong)(gong)業環(huan)(huan)境(jing)；C變(bian)(bian)電站位(wei)(wei)于德陽(yang)市旌(jing)陽(yang)區(qu)(qu)，附近(jin)有(you)多家化工(gong)(gong)、水(shui)泥、冶金等重工(gong)(gong)業污(wu)染企業，所(suo)處環(huan)(huan)境(jing)為(wei)重工(gong)(gong)業污(wu)染環(huan)(huan)境(jing)。本文(wen)通過失重實驗(yan)、掃描電鏡、能譜、X射線衍射儀、電化學等分(fen)析測(ce)試(shi)技術，研究了Q235鋼(gang)(gang)試(shi)樣(yang)的腐(fu)(fu)蝕(shi)行(xing)(xing)為(wei)和規律(lv)，為(wei)進一步研究碳鋼(gang)(gang)在(zai)四川復(fu)雜大氣(qi)環(huan)(huan)境(jing)下(xia)的腐(fu)(fu)蝕(shi)行(xing)(xing)為(wei)和機理奠定(ding)基礎。

1 實驗方法

實驗材料為Q235鋼(gang)，主(zhu)要成分(fen)為 (質量(liang)(liang)(liang)分(fen)數，%)：C：0.16，Si：0.20，Mn：0.61，S＜0.023，P＜0.019，Fe余(yu)量(liang)(liang)(liang)，制成150 mm×70 mm×3 mm的大氣暴曬標準樣，試樣經過車銑(xian)、打鋼(gang)印、打磨、除污清洗及(ji)干燥，使用ME104E型(xing)精度為0.0001 g分(fen)析天平稱量(liang)(liang)(liang)并記錄。

利用Quanta 250掃描(miao)電(dian)鏡 (SEM) 和自(zi)帶能譜分析(xi)儀 (EDS) 分析(xi)不同地(di)區暴露(lu)1 a后碳鋼(gang)試樣的表(biao)(biao)面腐蝕(shi)(shi)形貌和銹層(ceng)成分元素差異(yi)。利用Rigaku D/MAX-RB型X射線衍射儀 (XRD) 對表(biao)(biao)面腐蝕(shi)(shi)產(chan)物進行組(zu)分分析(xi)，相關測試參數為：掃描(miao)范圍10°~90°，掃描(miao)速度(du)4°/min。

依據(ju)GB/T 16545-2015選用(yong)除(chu)銹液對試(shi)樣(yang)表(biao)面的腐蝕產物進行清洗。除(chu)銹液的成(cheng)分為(wei)：500 mL鹽酸+500 mL去(qu)離子水+3.5 g六次甲基四胺。試(shi)樣(yang)除(chu)銹后用(yong)去(qu)離子水清洗，再在乙(yi)醇溶液中浸泡，隨后用(yong)吹風機冷風吹干。

利用Keyence VK-X250激光共聚(ju)焦(jiao)顯微鏡(jing)對除銹后(hou)的試樣(yang)形貌和(he)多個(ge)區域的腐蝕坑深度進(jin)行觀察(cha)和(he)統計。

依據GB/T 16545-2015用(yong)除銹(xiu)液去除表面腐蝕產物，后用(yong)酒精清洗(xi)，冷風吹干后稱量。按照(zhao)下式(shi)計算腐蝕失重(zhong)速(su)率。

其中，R為(wei)腐蝕(shi)失重(zhong)速率，μm/a；w0和wt為(wei)試樣腐蝕(shi)前后質量，g；S為(wei)試樣暴(bao)露面積，cm2；ρ為(wei)Q235鋼的(de)密度(du)，7.86 g/cm3；t為(wei)試樣在大氣中暴(bao)曬時間(jian)，t=1 a。

使用PARSTAT 3F電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)工作(zuo)站對暴曬后的碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)進行(xing)電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)測試(shi)(shi)。三電(dian)(dian)極(ji)體(ti)(ti)系(xi)，其(qi)中，輔(fu)助電(dian)(dian)極(ji)為(wei)鉑電(dian)(dian)極(ji)，參比電(dian)(dian)極(ji)為(wei)飽(bao)和甘汞電(dian)(dian)極(ji) (SCE)，工作(zuo)電(dian)(dian)極(ji)為(wei)Q235碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)，工作(zuo)電(dian)(dian)極(ji)的工作(zuo)面尺寸為(wei)10 mm×10 mm，其(qi)余面用環氧樹脂封裝。極(ji)化(hua)(hua)曲線測試(shi)(shi)掃(sao)描速率為(wei)0.5 mV/s。電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)阻(zu)抗測試(shi)(shi)頻率為(wei)105~10-2 Hz，幅值10 mV。電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)測試(shi)(shi)前，體(ti)(ti)系(xi)穩定30 min，實(shi)驗溫度為(wei)25 ℃，實(shi)驗溶(rong)液為(wei)3.5% (質量(liang)分數(shu)) NaCl溶(rong)液。

2 結果與討論

2.1 宏觀形貌

圖1為Q235鋼(gang)在(zai)3個變(bian)(bian)電(dian)(dian)站暴(bao)露(lu)1 a后的宏(hong)觀形貌(mao)。在(zai)A變(bian)(bian)電(dian)(dian)站和B變(bian)(bian)電(dian)(dian)站大氣(qi)環境下暴(bao)露(lu)的碳鋼(gang)試(shi)(shi)樣(yang)表面腐(fu)蝕(shi)產(chan)物分(fen)布(bu)(bu)不均，多(duo)呈條棒狀分(fen)布(bu)(bu)，谷壑分(fen)明；在(zai)C變(bian)(bian)電(dian)(dian)站大氣(qi)環境下暴(bao)露(lu)的碳鋼(gang)試(shi)(shi)樣(yang)，表面完(wan)全被(bei)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物覆蓋(gai)，銹層呈現(xian)紅棕色，腐(fu)蝕(shi)較為嚴重(zhong)。

圖1   Q235鋼在(zai)不同變電站暴露1 a的宏(hong)觀形(xing)貌

2.2 腐蝕速率

在(zai)A變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)、B變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)和C變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)Q235鋼平均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)(lv)分別為13.8、23.47和40.18 μm/a，按照大(da)(da)氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等(deng)級劃分，A和B變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)大(da)(da)氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等(deng)級為C2，C變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)大(da)(da)氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等(deng)級為C3。根據腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失重(zhong)結(jie)果可(ke)以看(kan)出，德陽(yang)不同(tong)地(di)區碳鋼腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)(lv)差(cha)別較大(da)(da)，碳鋼腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)(lv)最高的(de)(de)(de)C變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan) (重(zhong)工業(ye)污(wu)(wu)染(ran)(ran)大(da)(da)氣(qi)) 分別是B變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan) (重(zhong)工業(ye)污(wu)(wu)染(ran)(ran)大(da)(da)氣(qi)) 的(de)(de)(de)1.7倍和A變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan) (鄉村大(da)(da)氣(qi)) 的(de)(de)(de)2.9倍。C變(bian)(bian)(bian)電站(zhan)(zhan)附近有(you)多家化工、水泥(ni)、冶金等(deng)重(zhong)工業(ye)污(wu)(wu)染(ran)(ran)企業(ye)，結(jie)果說(shuo)明工業(ye)排(pai)放(fang)對德陽(yang)地(di)區碳鋼大(da)(da)氣(qi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)(lv)有(you)明顯(xian)影響，其腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)嚴重(zhong)程度(du)與環境污(wu)(wu)染(ran)(ran)物種類(lei)、濃度(du)、排(pai)放(fang)時間(jian)、污(wu)(wu)染(ran)(ran)源(yuan)距離(li)等(deng)因素(su)密(mi)切相關。

2.3 腐(fu)蝕(shi)形貌及腐(fu)蝕(shi)產(chan)物分(fen)析(xi)

圖2分別(bie)為Q235鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)3個變(bian)(bian)(bian)電(dian)(dian)站暴露1 a后(hou)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)微觀及截(jie)(jie)面(mian)形(xing)貌(mao)。從(cong)(cong)銹(xiu)層的(de)(de)(de)(de)表面(mian)形(xing)貌(mao)可(ke)(ke)知，3個變(bian)(bian)(bian)電(dian)(dian)站暴露后(hou)的(de)(de)(de)(de)碳鋼(gang)(gang)表面(mian)腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)形(xing)貌(mao)并無(wu)太大(da)(da)區別(bie)，形(xing)成的(de)(de)(de)(de)產(chan)物(wu)(wu)光(guang)滑致密。從(cong)(cong)銹(xiu)層截(jie)(jie)面(mian)形(xing)貌(mao)可(ke)(ke)觀察到(dao)，Q235鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)B變(bian)(bian)(bian)電(dian)(dian)站和(he)C變(bian)(bian)(bian)電(dian)(dian)站大(da)(da)氣(qi)環(huan)境下表面(mian)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)層厚(hou)度(du)遠(yuan)大(da)(da)于Q235鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)A變(bian)(bian)(bian)電(dian)(dian)站大(da)(da)氣(qi)環(huan)境下形(xing)成的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)層厚(hou)度(du)。從(cong)(cong)截(jie)(jie)面(mian)形(xing)貌(mao)可(ke)(ke)看出(chu)，腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)與(yu)銹(xiu)層結合緊密，局(ju)部均存在(zai)(zai)(zai)少量的(de)(de)(de)(de)裂縫和(he)空洞。裂縫等缺陷的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)有利于腐蝕(shi)(shi)(shi)性介質穿(chuan)過銹(xiu)層截(jie)(jie)面(mian)，加速碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)。從(cong)(cong)EDS結果可(ke)(ke)以看出(chu)，銹(xiu)層中(zhong)(zhong)均存在(zai)(zai)(zai)著Si、Al和(he)P，這(zhe)些(xie)可(ke)(ke)能是(shi)大(da)(da)氣(qi)中(zhong)(zhong)風(feng)沙攜帶的(de)(de)(de)(de)土(tu)壤、污染(ran)物(wu)(wu)等物(wu)(wu)質沉積(ji)到(dao)試(shi)樣表面(mian)。這(zhe)些(xie)吸濕(shi)性物(wu)(wu)質或粉塵的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)能夠加速碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣(qi)腐蝕(shi)(shi)(shi)[14]。

圖2   Q235鋼在不同變電(dian)站暴(bao)露(lu)1 a的(de)腐(fu)蝕產物(wu)表面(mian)微觀形貌(mao)(mao)、截(jie)面(mian)形貌(mao)(mao)及EDS分析(xi)結(jie)果

圖3為Q235鋼表(biao)面腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)的XRD分析，可(ke)以看出，3個(ge)變電(dian)(dian)站碳鋼暴曬后的腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)主要由α-FeOOH、γ-FeOOH和(he)Fe3O4組成。通過半(ban)定量分析可(ke)知，在A變電(dian)(dian)站 (鄉村氣(qi)(qi)候(hou)環境) 大氣(qi)(qi)環境下(xia)，腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)中為γ-FeOOH比例最(zui)高(gao)。在重(zhong)工業(ye)污染大氣(qi)(qi)下(xia) (B變電(dian)(dian)站和(he)C變電(dian)(dian)站) 腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)中α-FeOOH含量比例有所增加，說(shuo)明(ming)在腐蝕(shi)過程中，腐蝕(shi)生成的γ-FeOOH可(ke)轉化為α-FeOOH和(he)Fe3O4[15]，銹層(ceng)中α-FeOOH含量的提高(gao)，一(yi)定程度上提高(gao)了銹層(ceng)的保護性。

圖3   Q235鋼(gang)在不同變(bian)電站暴露1 a的腐蝕(shi)產物(wu)的XRD譜

利(li)用激光共聚焦(jiao)顯(xian)微鏡對(dui)除(chu)銹后(hou)(hou)的(de)(de)(de)形貌(mao)進行(xing)了觀察(cha)，結(jie)(jie)果如(ru)圖4所示。不同地(di)區(qu)環(huan)(huan)境(jing)下(xia)暴露后(hou)(hou)的(de)(de)(de)碳鋼(gang)試(shi)(shi)樣表面(mian)均出現大(da)(da)量的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)坑。對(dui)多個區(qu)域內的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)坑深(shen)度進行(xing)統計(ji)分(fen)析(xi)，結(jie)(jie)果如(ru)圖5所示。3個變電站暴露后(hou)(hou)的(de)(de)(de)碳鋼(gang)的(de)(de)(de)最(zui)大(da)(da)點蝕(shi)(shi)深(shen)度分(fen)別為(wei)61.66、107.53和(he)116.64 μm，平均點蝕(shi)(shi)深(shen)度分(fen)別為(wei)6.50、8.06和(he)9.02 μm，點蝕(shi)(shi)坑面(mian)積占比(bi)分(fen)別為(wei)32.23%、33.95%和(he)36.52%。根據統計(ji)結(jie)(jie)果可(ke)以看出，Q235鋼(gang)在(zai)C變電站區(qu)域下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)最(zui)為(wei)嚴(yan)重，最(zui)大(da)(da)點蝕(shi)(shi)坑深(shen)度達116.64 μm，腐(fu)蝕(shi)(shi)坑大(da)(da)且(qie)深(shen)，可(ke)見Q235鋼(gang)在(zai)重工(gong)業環(huan)(huan)境(jing)下(xia)相比(bi)于鄉村環(huan)(huan)境(jing)腐(fu)蝕(shi)(shi)更(geng)為(wei)嚴(yan)重，局部點蝕(shi)(shi)擴(kuo)展成大(da)(da)且(qie)深(shen)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)坑。這(zhe)主要因為(wei)在(zai)重工(gong)業環(huan)(huan)境(jing)下(xia)空氣(qi)中(zhong)大(da)(da)量的(de)(de)(de)SO2等污染物能夠隨雨水(shui)沉降到試(shi)(shi)樣表面(mian)，在(zai)酸性強電解質環(huan)(huan)境(jing)下(xia)碳鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)會加劇。

圖4   Q235鋼在不(bu)同變電站暴露1 a的腐蝕坑分布圖

圖5   Q235鋼在(zai)不同(tong)變電站暴露1 a除銹(xiu)后(hou)的腐蝕(shi)坑深度(du)

2.4 電化學測試

電化學測(ce)試常(chang)被用來研究(jiu)銹(xiu)層(ceng)對(dui)Q235鋼腐(fu)(fu)蝕行為的(de)(de)影響[16,17]。本(ben)實驗對(dui)德陽不同(tong)變電站(zhan)暴露(lu)1 a的(de)(de)Q235鋼帶銹(xiu)試樣在3.5%NaCl溶液中進(jin)行了(le)極化曲(qu)線和電化學阻(zu)抗測(ce)試，結果如圖6所示。從極化曲(qu)線結果分(fen)析，3個地(di)區(qu)碳(tan)鋼的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕電位和腐(fu)(fu)蝕電流(liu)(liu)差距較為明顯，表明在德陽不同(tong)環(huan)境(jing)下(xia)碳(tan)鋼腐(fu)(fu)蝕存在較大(da)(da)差異(yi)，腐(fu)(fu)蝕電流(liu)(liu)越大(da)(da)，表明帶銹(xiu)試樣越不耐蝕。

圖(tu)6   Q235鋼(gang)在不同變電站暴露1 a的極(ji)化曲線(xian)

帶銹(xiu)(xiu)(xiu)試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)譜能夠(gou)表(biao)征銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)結構特點。如圖7所(suo)示(shi)(shi)，帶銹(xiu)(xiu)(xiu)試(shi)樣(yang)在(zai)(zai)Nyquist圖中(zhong)(zhong)表(biao)現(xian)(xian)包括(kuo)高(gao)頻區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)一(yi)個小(xiao)容(rong)抗(kang)(kang)弧和中(zhong)(zhong)低頻區(qu)(qu)(qu)出(chu)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)45°直(zhi)線。利(li)用Zsimpwin軟件(jian)對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)進(jin)行(xing)擬(ni)合(he)，等效電(dian)(dian)(dian)(dian)路如圖7c所(suo)示(shi)(shi)。其中(zhong)(zhong)，Rs為(wei)(wei)溶液電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，Q1為(wei)(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物層(ceng)(ceng)(ceng)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，Rr為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)表(biao)面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物層(ceng)(ceng)(ceng)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，Qdl為(wei)(wei)工(gong)作電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)雙電(dian)(dian)(dian)(dian)層(ceng)(ceng)(ceng)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，Rct為(wei)(wei)工(gong)作電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)表(biao)面(mian)反應的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，W為(wei)(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)區(qu)(qu)(qu)域(yu)內基底金屬的(de)(de)(de)有效擴散層(ceng)(ceng)(ceng)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)。在(zai)(zai)等效電(dian)(dian)(dian)(dian)路中(zhong)(zhong)，Rr可反映(ying)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)致(zhi)密性和其阻(zu)(zu)礙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)離子透過薄膜層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)能力，它是評(ping)價(jia)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)保護能力大小(xiao)的(de)(de)(de)關鍵參數；而Rct則在(zai)(zai)一(yi)定程度(du)上(shang)反映(ying)出(chu)基體發生電(dian)(dian)(dian)(dian)化學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)反應的(de)(de)(de)難易(yi)程度(du)。電(dian)(dian)(dian)(dian)化學擬(ni)合(he)結果(guo)(guo)如表(biao)1所(suo)示(shi)(shi)。從擬(ni)合(he)結果(guo)(guo)可知(zhi)，碳鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)3個變電(dian)(dian)(dian)(dian)站環(huan)(huan)境(jing)(jing)下銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學結果(guo)(guo)存(cun)在(zai)(zai)差異，C變電(dian)(dian)(dian)(dian)站處于重(zhong)工(gong)業污(wu)染(ran)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下，碳鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)此(ci)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)嚴重(zhong)，其Rr和Rct值分別(bie)為(wei)(wei)157.1和280.6 Ω.cm2，均大于其它地區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)參數，說(shuo)明(ming)碳鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)此(ci)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下形成的(de)(de)(de)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)具有一(yi)定的(de)(de)(de)保護性。可以解釋為(wei)(wei)，由(you)于處于污(wu)染(ran)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下，碳鋼(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)嚴重(zhong)表(biao)面(mian)生成了(le)大量的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物的(de)(de)(de)堆積轉化使得局部(bu)區(qu)(qu)(qu)域(yu)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)與基體的(de)(de)(de)結合(he)變得緊密，一(yi)定程度(du)上(shang)提高(gao)了(le)銹(xiu)(xiu)(xiu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)保護性能。而處于鄉村環(huan)(huan)境(jing)(jing)下的(de)(de)(de)碳鋼(gang)(gang)，空氣中(zhong)(zhong)污(wu)染(ran)物較(jiao)少，碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)較(jiao)緩(huan)慢。

圖7   Q235鋼(gang)在不(bu)同變(bian)電站暴(bao)露(lu)1 a的EIS曲線及等效電路

表1   Q235鋼在不同變電站暴露1 a的(de)電化學擬合結果

3 結論

(1) Q235碳(tan)鋼在(zai)德陽不同變(bian)電站(zhan)環境中暴露1 a后試樣表面(mian)生成了大量的腐蝕產(chan)物，平(ping)均腐蝕速(su)率分(fen)別為(wei)(wei)13.8、23.47和(he)40.18 μm/a，最(zui)大點(dian)蝕深度分(fen)別為(wei)(wei)61.66、107.53和(he)116.64 μm，平(ping)均點(dian)蝕深度分(fen)別為(wei)(wei)6.50、8.06和(he)9.02 μm，碳(tan)鋼在(zai)C變(bian)電站(zhan) (重(zhong)工業環境) 中的腐蝕最(zui)為(wei)(wei)嚴重(zhong)。

(2) Q235碳鋼在德(de)陽不同變電站環境中暴露1 a的表(biao)面腐蝕產物主要由α-FeOOH、γ-FeOOH和(he)Fe3O4組成，腐蝕嚴重(zhong)地(di)區 (C變電站) 銹層中α-FeOOH組分(fen)比(bi)例有所增(zeng)加。

(3) Q235碳(tan)鋼在C變(bian)電(dian)(dian)站(zhan) (重工業(ye)環(huan)境) 環(huan)境中(zhong)形成的(de)腐(fu)(fu)蝕產物層的(de)電(dian)(dian)阻(zu)和電(dian)(dian)荷(he)轉移電(dian)(dian)阻(zu)均高于其它(ta)兩(liang)個地區，由(you)于碳(tan)鋼在C變(bian)電(dian)(dian)站(zhan)環(huan)境下腐(fu)(fu)蝕較為(wei)嚴重，大量的(de)腐(fu)(fu)蝕產物覆蓋在試(shi)樣表面，局部區域(yu)銹層與基體(ti)(ti)(ti)的(de)結合變(bian)得(de)緊密，一定(ding)程度上保護基體(ti)(ti)(ti)，減緩(huan)基體(ti)(ti)(ti)的(de)進一步腐(fu)(fu)蝕。

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