X80钢四种防腐蚀措施研究进展

1834年，法拉第提出第一阴极保护原理，为阴极保护奠定了理论基础，后经不断地创新与完善，阴极保护方法诞生，并至今仍被广泛使用，其发展历程如图1所示。

图1 阴极保护的发展历程

阴极保护法是通过对易腐蚀的金属施加电流，使其成为阴极，抑制腐蚀反应中的电子转移，从而对金属起到保护作用。目前，阴极保护法已经广泛应用于各种金属的防腐蚀工作中。

郑平等分别施加-850、-1000、-1100、-1200 mV恒电位对X80钢进行阴极保护，在鹰潭土壤模拟溶液中研究了X80钢的应力腐蚀。结果表明：当电位为-1100 mV时，X80钢的应力腐蚀敏感性达到极小值，所以该电位为最佳保护电位；当电位超过-1100 mV时，出现“过保护”，开始出现析氢现象。

陈迎春等研究了阴极保护对X80钢和X65钢在大港土壤中腐蚀的影响，采用电化学阻抗法和极化曲线法对阴极保护参数进行分析。结果表明：X80钢和X65钢的最佳保护电位分别为-800 mV和-850 mV，析氢电位分别为-960 mV和-970 mV。

邓志龙等研究发现：在较高的保护电位下（-950～-800 mV），X80钢基体和夹杂物周围均发生了点蚀；负移保护电位可抑制点蚀发生，当保护电位负移至-1000 mV时，仅夹杂物周围发生了点蚀，当保护电位负移至-1200 mV时，基体和夹杂物周围均未发生点蚀。

阴极保护通过调整电位至最佳保护电位，可对X80管线钢进行有效的保护，延长其服役时间，但是要避免“过保护”和“欠保护”的出现。“欠保护”会使保护措施不到位，防腐蚀效果较差；“过保护”会使钢材产生析氢现象，导致氢脆。目前阴极保护主要应用于土壤和海洋中服役的X80管线钢。

防护涂层技术是指将具有防腐蚀特性的涂层材料涂抹至钢材的内外表面，使内外环境与钢材之间实现有效的隔离，防止腐蚀的发生。在长时间服役后，X80管线钢表面的防护涂层会发生不同程度脱落，裸露的钢材失去涂层保护后会发生严重的腐蚀，因此防护涂层技术的研究对X80钢的腐蚀防护有重要的意义。

郝友菖等以聚苯硫醚和二氧化硅作为原材料在X80钢表面制备了超双疏涂层，制备流程如图2所示，然后通过电化学试验研究了该超双疏涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的防腐蚀效果。结果表明：X80钢表面被防腐蚀涂层覆盖后，其自腐蚀电位由0.647 V降至0.475 V，腐蚀电流密度由2.36×10^-4 A/cm²降至3.26×10^-6 A/cm²，该超双疏涂层的防腐蚀效果显著。

图2 超双疏涂层制备流程

景红等将氧化石墨烯(GO)添加至环氧树脂涂层中对其进行改性处理，在不同NaCl含量下探究了涂有改性涂层X80钢的腐蚀行为。结果表明，GO的结构可以将CI^- 等腐蚀性介质阻挡在涂层外，同时改性涂层破损后，腐蚀仅发生在破损处，没有延伸的迹象，腐蚀产物附着在破损处对基体起到保护作用。通过GO改性处理后，环氧树脂涂层的防腐蚀效果显著提升。

ZHAO采用五靶磁控溅射技术在X80钢表面制备了AlTiCrNiTa高熵合金(HEA)涂层，并在3.5% NaCl溶液中对其防腐蚀效果进行了研究。结果表明，该涂层具有单一的BCC微晶结构，能有效提高其耐蚀性，经过电化学腐蚀后，该涂层仍能保持完整致密，对X80钢提供有效的保护。

在X80钢内外表面覆盖防腐蚀涂层，可以避免钢材和内外腐蚀环境接触而发生腐蚀。该方法具有成本低、设备简单和效率高等诸多优点，相关研究也非常多。目前，防护涂层技术已普遍用于服役钢材。

缓蚀剂由于制备使用方便和高效等特点深受业界欢迎。目前，工业缓蚀剂的种类以B_x(CrO₄)_y、B_x(NO₃)_y和B_x(PO₄)_y为主，但是这些缓蚀剂对环境和人体均会产生危害，因此高效、绿色缓蚀剂一直是研究的热点。

朱永艳等研究了咪唑啉（C₂₂H₄₂N₂O）、膦酰基丁烷三羧酸（PBTCA）和聚环氧琥珀酸（PESA）三种无害缓蚀剂对X80钢的缓蚀效果。结果发现，C₂₂H₄₂N₂O的缓蚀效果最强，PBTCA的缓蚀效果次之，PESA的缓蚀效果最弱。

郑超超等对缓蚀剂二水合钨酸钠和六水合硝酸铈进行复合，在NaCl溶液中对比研究了单一缓蚀剂和复合缓蚀剂对X80钢的缓蚀作用。结果发现：单独使用缓蚀剂二水合钨酸钠和六水合硝酸铈时，缓蚀效率分别为49.11%和30.00%；复合使用后，缓蚀效率达到了99%以上，缓蚀效果得到大幅度提升。

ZHANG等研究了四氢吖啶类缓蚀剂在油田采出水中对X80钢的缓蚀作用。结果发现，在15% HCl的腐蚀介质中，四氢吖啶类缓蚀剂对X80钢的缓蚀效果显著，其中MPTA和EPTA的缓蚀效率最大，分别达到了97.87%和95.96%。

ITUEN等以洋葱和果皮中的提取物为原料制备了新型缓蚀剂Ni-OMNPs，并在盐酸腐蚀介质中研究了这种新型缓蚀剂对X80钢的缓蚀效果。结果表明，在30 ℃条件下，该新型缓蚀剂Ni-OMNPs的缓蚀效率到达93.99%左右，可明显抑制X80钢腐蚀，使X80钢的点蚀和表面粗糙度分别降低了51.2%和52.3%。

在用量很少的情况下，缓蚀剂就可以对X80钢腐蚀起到很大的抑制作用，防腐蚀效果和其含量、外界温度和腐蚀介质pH等有关，因此应根据不同区域的腐蚀环境和钢种选择适合的缓蚀剂，才能使缓蚀剂最大程度发挥出其防腐蚀效果。传统缓蚀剂容易对环境造成污染，所以近年来绿色高效缓蚀剂引起了人们的广泛关注，是该领域重要的研究方向。

用于防腐蚀的表面处理技术包括喷丸、渗层和激光等。通过这些技术可改变钢材表面的晶粒大小或者向表面组织中引入耐蚀元素，从而使钢材内外表面具有较强的耐腐蚀性能。

孔德军等采用激光冲击波对X80管线钢表面进行强化处理，发现激光冲击后X80钢表面晶粒得到细化，使其在含饱和硫化氢的NACE腐蚀溶液中的应力腐蚀敏感指数降低了5.48%，耐腐蚀性能提高。

叶存东采用激光对X80钢焊接接头进行了热处理，同样以含饱和硫化氢的NACE溶液为腐蚀介质，研究了激光热处理对X80钢焊接接头耐腐蚀性能的影响。他发现激光热处理后X80钢焊接接头的自腐蚀电位由-670 mV正移到-600 mV，X80钢焊接接头由全面腐蚀向局部腐蚀转变，耐腐蚀性能提高。

鲜宁等对X80钢焊接接头表面进行了喷丸强化，并在硫化氢环境中分析了其应力腐蚀开裂行为。结果表明：喷丸强化使X80钢焊接接头表面晶粒细化并存在残余压应力，在这两种因素的共同影响下, X80钢焊接接头的耐应力腐蚀开裂性能得到很大程度提升，对喷丸处理后的表面进行打磨可改善喷丸强化带来的不利影响，进一步提高接头的耐应力腐蚀开裂性能。