常用结构钢土壤腐蚀行为的研究教学提纲.doc

精品文档（4）牌子响400-500元1326%（3） 心态问题图1-2 大学生购买手工艺品可接受价位分布还有一点就是公司在“碧芝自制饰品店”内设立了一个完全的弹性价格空间：选择饰珠的种类和多少是由顾客自己掌握，所以消费者可以根据自己的消费能力进行取舍；此外由于是顾客自己制作，所以从原料到成品的附加值就可以自己享用。1、作者：蒋志华 市场调查与预测，中国统计出版社 2002年8月 11-2市场调查分析书面报告手工艺品，它运用不同的材料，通过不同的方式，经过自己亲手动手制作。看着自己亲自完成的作品时，感觉很不同哦。不论是01年的丝带编织风铃，02年的管织幸运星，03年的十字绣，04年的星座手链，还是今年风靡一时的针织围巾等这些手工艺品都是陪伴女生长大的象征。为此，这些多样化的作品制作对我们这一创业项目的今后的操作具有很大的启发作用。月生活费人数（频率）百分比10、如果学校开设一家DIY手工艺制品店，你希望在现代文化影响下，当今大学生对新鲜事物是最为敏感的群体，他们最渴望为社会主流承认又最喜欢标新立异，他们追随时尚，同时也在制造时尚。“DIY自制饰品”已成为一种时尚的生活方式和态度。在“DIY自制饰品”过程中实现自己的个性化追求，这在年轻的学生一代中尤为突出。“DIY自制饰品”的形式多种多样，对于动手能力强的学生来说更受欢迎。常用结构钢在抚顺望花区土壤腐蚀行为的研究摘要随着埋地管线的应用，土壤腐蚀问题越来越受到大家的重视，本论文以铸铁和20号钢等常用结构钢为研究对象，对比研究其在抚顺望花区土壤中的腐蚀行为。 采用埋片和电化学试验对20号钢和铸铁在望花区的耐蚀性做了研究。埋片实验研究了20号钢和铸铁在望花区土壤中埋片336小时的均匀腐蚀速率，研究表明：在望花土壤中20号钢的腐蚀较严重，年腐蚀率为0.0190mm/a，铸铁腐蚀较轻，年腐蚀率为0.0075mm/a，20号钢的腐蚀速率为铸铁的2.5倍；电化学试验采用电化学阻抗谱和极化曲线研究了20号钢和铸铁在望花区饱和土壤水溶液中的腐蚀规律，计算出了20号钢和铸铁的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，研究结果表明：20号钢的自腐蚀电位为-0.770V，铸铁的自腐蚀电位为-0.768V，两者相差不大；20号钢的自腐蚀电流密度是4.692A/cm2，年腐蚀速率为0.0549mm/a，铸铁的自腐蚀电流密度是9.025A/cm2，年腐蚀速率为0.1056mm/a，铸铁在望花地区土壤中的腐蚀性是20号钢1.92倍。该结果与埋片结果相反，是由于埋片实验中20号钢发生局部腐蚀造成的。通过本研究可得出以下结论：在重工业土壤环境下，20号钢的耐蚀性要比铸铁好。关键词：土壤腐蚀，重工业，20号钢，铸铁，望花区精品文档AbstractWith the wide application of buried pipelines, soil corrosion problem more and more be everybodys attention, this paper cast iron and 20 steel as the research object, the thesis studies in the heavy industrial corrosion behavior in the soil. In this article, the test and electrochemical test of buried for 20 steel and cast iron WangHua heavy industry corrosion was studied. Buried the 20 steel and cast iron WangHua buried in the soil of the 336 hours of uniform corrosion rate, research shows that: in the WangHua soil 20 steels corrosion has serious corrosion rate, years of 0.0190 mm/a, cast iron corrosion is lighter, annual corrosion rate of 0.0075 mm/a, corrosion rate of 20 steel is 2.5 times than cast iorn; Electrochemical experiment the electrochemical impedance spectroscopy and polarization curve 20 steel and cast iron WangHua saturated soil water solution in the corrosion rule, calculated the 20 steel and cast iron from corrosion of the potential and the corrosion current density, the results of the study show that: 20 steel from corrosion current density is 4.692A/cm2, annual corrosion rate of 0.0549 mm/a, cast iron from corrosion current density is 9.025A/cm2, annual corrosion rate of 0.1056 mm/a, cast iron in the soil of corrosive is in 1.92 times that of 20 steel in WangHua saturated soil steel more corrosion resistant. Through this research can draw the following conclusions: in heavy industry environment, 20 steel is better than cast iron in corrosion resistance.Keywords: Soil corrosion, heavy industry, 20steel, cast iron, WangHua目 录摘要1Abstract2引 言51 文献综述61.1 材质简介61.1.1 20号钢61.1.2 铸铁61.2 土壤的性质与特点71.2.1我国典型土壤的特点71.2.2抚顺望花区土壤特点91.3土壤腐蚀的研究现状101.3.1 土壤腐蚀研究历史101.3.2 国外对于土壤腐蚀的研究131.3.3 国内对于土壤腐蚀的研究141.4土壤腐蚀的类型和机理151.4.1 土壤腐蚀类型151.4.2 土壤腐蚀机理151.5 影响腐蚀的因素与土壤腐蚀的危害181.5.1 影响土壤腐蚀因素181.5.2 土壤腐蚀危害192 研究方法212.1 试验所用试剂与仪器212.2 浸泡腐蚀和电化学腐蚀212.2.1 埋片试验212.2.2 电化学试验223 实验结果与分析243.1 埋片法试验结果分析243.2 电化学试验结果分析253.2.1 电化学阻抗谱分析263.2.2 动电位极化曲线分析283.3 20号钢和铸铁在望花区土壤中腐蚀行为的对比30结 论32致 谢33参考文献34引 言随着国内工业不断发展，更多的大型机械设备应用到生产中去，其中很多都是埋地设备，这就不得不考虑土壤腐蚀的影响。由于不同种类的土壤情况会产生不同的影响因素，这样对材料的性能以及制造工艺的要求也就更高了，所以土壤腐蚀也就更值得人们去关注。重工业环境因为其设施情况与工业产量密切相关而受到人们的关注。因此决定研究一下在重工业土壤环境中几种常用典型钢材的腐蚀现状。从而找到金属在重工业土壤中的腐蚀规律，为以后找到如何使几种常见金属在重工业地区变得更加耐蚀，制造业的生产效率更高打下基础。1 文献综述1.1 材质简介1.1.1 20号钢20钢是工程中常用的一种低碳钢，其强度不很高，但韧性好1。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深谈淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。 在530以下具有满意的抗氧化能力。当硬度HB=137174时，其相对加工性为65%。该钢无回火脆性，但是长期在450以上运行会珠光体球化和石墨化。主要用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。1.1.2 铸铁本论文主要研究的是球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性2，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。析出的石墨呈球形的铸铁。球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的7090%，并且具有良好的韧性。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.63.8%，含硅量2.03.0%，含锰、磷、硫总量不超过1.5%和适量的稀土、镁等球化剂。球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。1.2 土壤的性质与特点1.2.1我国典型土壤的特点国土壤资源丰富、类型繁多，世界罕见。中国主要土壤发生类型可概括为红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土（包括砂姜黑土）、灌淤土、水稻土、湿土（草甸、沼泽土）、盐碱土、岩性土和高山土等12系列。 红壤系列：中国南方热带、亚热带地区的重要土壤资源，自南而北有砖红壤、燥红土（稀树草原土）、赤红壤（砖红壤化红壤）、红壤和黄壤等类型。 褐土系列：包括褐土、黑垆土和灰褐土，这类土壤在中性或碱性环境中进行腐殖质的累积，石灰的淋溶和淀积作用较明显，残积一淀积粘化现象均有不同程度的表现。 黑土系列：中国温带森林草原和草原区的地带性土壤，包括灰黑土（灰色森林土）、黑土、白浆土和黑钙土。以强烈的腐殖质累积过程为特点。 栗钙土系列：包括栗钙土、棕钙土和灰钙土，是中国北方分布范围极广的一些草原土壤。这类土壤均具有较明显的腐殖质累积和石灰的淋溶一淀积过程，并多存在弱度的石膏化和盐化过程。 漠土系列：中国西北荒漠地区的重要土壤资源，包括灰漠土、灰棕漠土、棕漠土和龟裂土等，共同特征是：具有多孔状的荒漠结皮层，腐殖质含量低，石灰含量高，且表聚性强，石膏和易溶性盐分在剖面不大的深度内聚积，存在较明显的残积粘化和铁质染红现象以及整个剖面的厚度较薄和石砾含量多（龟裂土和灰漠土除外）等。在成土过程中主要表现为钙化作用（石灰聚积）、石膏化与盐化作用、弱的铁质化作用，同时风成作用相当明显。 潮土、灌淤土系列：中国重要的农耕土壤资源，包括潮土、灌淤土、绿洲土。这类土壤是在长期耕作、施肥和灌溉的影响下所形成。在成土过程中，获得了一系列新的属性，使土壤有机质累积、土壤质地及层次排列、盐分剖面分布，都起了很大变化。 稻土系列：在中国境内，主要分布在秦岭淮河一线以南，其中长江中、下游平原、珠江三角洲、四川盆地和台湾西部平原最为集中。 水稻土是耕种活动的产物。是由各种地带性土壤、半水成土和水成土经水耕熟化培育而成，其形成过程是在季节性淹水灌溉、耕作、施肥等措施影响下，进行氧化还原交替过程、有机质的合成与分解、复盐基作用与盐基的淋溶，及粘粒的分解、聚积与迁移、淋失，使原来的土壤特征受到不同程度的改变,使剖面发生分异,而形成特有的土壤形态、理化和生物特性。 盐土：中国土壤中含可溶盐较高的盐土主要分布在北方干旱、半干旱地区，尤以内蒙古、宁夏、甘肃、清海和新疆为多。华北平原和汾、渭谷地也有零星分布。气候干旱、蒸发强烈、地势低洼、含盐地下水接近地表是盐土形成的主要条件。盐分累积的形态通常是地表出现白色盐霜，作斑块状分布。含盐量高的盐土可出现盐结皮厚度（小于3厘米）或盐结壳（大于3厘米），在结皮或结壳以下为疏松的盐与土的混合层，可由几厘米到3050厘米；甚或可见盐结盘层。盐分累积的特点是表聚性很强，逐渐向下盐分递减。沿海地带盐分累积特点是整层土体均含较高盐分。 中国盐土的盐分组成甚为复杂。滨海地区的盐土主要为氯化物盐土；硫酸盐盐土则分布于新疆北部、甘肃河西走廊、宁夏银川平原和内蒙古后套地区，但面积不大。而氯化物与硫酸盐混合类型的盐土，在中国盐土中到处可见，以河北、内蒙古、宁夏、甘肃和新疆等省区最为集中。 碱土：在中国分布面积较小，大都零星分布于盐土地区，特点是表层含盐量一般不超过0.5,但土壤溶液中普遍含有苏打。在吸收复合体中（尤其是碱化层）代换性钠占代换总量20以上；pH值可达 9.0或更高。 岩性土系列：包括紫色土、石灰土、磷质石灰土、黄绵土（黄土性土）和风沙土。这类土壤性状仍保持母岩或成土母质特征。高山土系列：高山土壤是指青藏高原和与之类似海拔，高山垂直带最上部，在森林郁闭线以上或无林高山带的土壤。由于高山带上冻结与溶化交替进行，土壤有机质腐殖化程度低,矿物质分解也很微弱,土层浅薄，粗骨性强，层次分异不明显。1.2.2抚顺望花区土壤特点望花区是著名的现代化工业区，拥有煤炭、石油、化工、金属冶炼等大型企业数百家。近年来随着经济快速发展对能源需求量的扩大，工业化和城市化进程加快，使得望花地区的土壤环境受到不同程度的污染，来自工厂、矿山的固体废弃物以及带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院) 排出的废水、废物以及厩肥等对土壤构成了严重威胁。重金属含量在望花各典型区域内差异较大。从总体上镍的含量普遍较高，主要是出现在重污染企业的钢铁厂附近和固体废物集中填埋场地；而铬、镉、铅、汞、砷含量普遍偏低，望花典型区域中土壤锌的最大值为588.6mg/kg，采样点位位于演武垃圾填埋场；铬的最大值160.0mg/kg，采样点位位于抚顺顺铝厂附近；镍最大值为290.4mg/kg，采样点位于演武垃圾填埋场西侧；镉和铅的最大值分别为0.321mg/kg和96.3mg/kg，采样点位位于西露天矿坑坑下；汞的最大值为0.646mg/kg，采样点位位于新钢铁有限责任公司北侧；砷的最大值为32.4mg/kg，采样点位位于西露天矿大坑北侧。重污染企业及周边地区土壤重金属镍含量较高，均出现在钢铁厂附近，可能受钢铁冶炼污染所致；固体废物填埋场及周边地区土壤重金属锌和镍的含量较高；污灌区及周边地区土壤重金属含量普遍较低；采矿区及周边地区土壤铜和镍含量较高。望花地区土壤pH值偏高为7.35，土壤向碱性的方向演变，pH值比城市周围的自然土壤高，并以中性和碱性土壤所占比例较大。土壤反应多呈中性到弱碱性，弱碱性土不仅降低了土壤中铁、磷等元素的有效性，而且也抑制了土壤中微生物的活动及其对其他养分的分解。1.3土壤腐蚀的研究现状1.3.1 土壤腐蚀研究历史随着工业进程的不断发展及对能源需求的不断提高，世界各国铺设了大量的地下输油管线。这些管线置于具有一定腐蚀性的土壤中，能否长期安全运行将直接关系到国民经济的发展速度、人民生命财产的安全与生态环境的保护因此地下管线的腐蚀与防护问题已越来越受到各个国家的重视。于是各国开展了土壤腐蚀性数据的积累、分类和土壤腐蚀的基础性研究工作：土壤中的大量埋片试验到实验室试验，再到土壤腐蚀数据的理论分析，指导工程实践。研究了土壤腐蚀的影响因素、评定标准和腐蚀速度4。通过腐蚀工作者的努力，土壤腐蚀的研究有了较大的进步，但仍存在着许多未解决的问题，只有在研究方法上作出重大改进。才能对土壤腐蚀研究作出突破性进展。 由于石油化工工业的发展，地下管线大量增多，并且由于工农业污染造成了土壤腐蚀性增强，出现了大量的管线泄漏事件不仅造成了巨大的经济损失，还造成了人民生命财产的损失。科学工作者早已注意到了土壤腐蚀的危害，从而各国纷纷建立土壤网站，对土壤腐蚀进行积累、分类和理论分析。 首先人们想到的测定土壤腐蚀速度的方法是土壤埋片试验。美国国家标准局在土壤腐蚀的埋片试验上走在了世界的前列。目前国内土壤腐蚀网站也正在做这方面的工作。选择典型土壤，埋设大量的试件，确定试件的腐蚀失重和腐蚀速度。这是一种简单、可靠的确定土壤中埋设点金属腐蚀速度的经典方法。 但是，这种埋片方法，周期长耗费大，且投入的人力物力太大。美国国家标准局在进行埋片试验时，协作单位达200家，试验站点达128个，埋设的试件共333种材料，总计36500件，历时45年才得以完成这种方法对埋设点的腐蚀给出了直观的表示。但根据宏电池原理可知，土壤中的埋片试验，只给出了由于材料本身和材料周围土壤所造成的腐蚀而没有考虑由于土壤性质差异造成的宏电池腐蚀，而大型构筑物和长辅管线上发生的腐蚀主要是由于宏电池腐蚀造成的，有时宏电池作用范围在几公里以上，这是埋片试验所不能体现出来的。故埋片实验的结果可能会低于埋设点处管线上实际腐蚀速度、也不能体现宏电池腐蚀造成的严重的局部腐蚀。并且埋片试验具有地域性，对没有埋片区的腐蚀只能得出对比结果，而不能得到肯定的腐蚀速度，埋片试验不能得出所有点的土壤腐蚀速度。这是土壤埋片试验存在的不足。第二，通过对土壤理化性质进行调研分析，可以得出管线周围理化性质的数值。人们力图把土壤的理化性质与长输管线上的腐蚀速度联系起来，以此来评定金属材料在土壤中的腐蚀状况。但是各个因素作用极其复杂，其综合作用表现为对管线造成了腐蚀。目前已提出了用单项指标或多项综合指标来评价土壤腐蚀性，推断金属材料腐蚀速度的标准最常用的单项指标是土壤电阻率。但土壤电阻率在一年中并非一成不变，随季节等因素的变化，电阻率也在变，并且电阻率指标中包含了土壤含水量、含盐量的影响成分。对土壤电阻率与土壤腐蚀的相关性用回归的形式表示，发现土壤电阻率与腐蚀性的相关性，很小。用土壤电阻率判定腐蚀性最多只有70%的可靠性。力图用单一指标来评定千差万别的土壤腐蚀是行不通的，土壤腐蚀研究必须走出这种困境。德国科学家还提出除土壤理化性质外，还有环境等的综合指标，分别评分，用最后所得总积分来判断腐蚀率。但是这些方法只能定性给出土壤腐蚀性，指出高腐蚀区、中腐蚀区和低腐蚀区，还不能定量给出金属材料在土壤中的腐蚀速度。这就要求进一步研究各种理化性质对土壤中金属腐蚀电极过程的影响。第三，由于土壤的复杂性，使土壤在实验室中很难模拟。用当地土壤做实验，则实验结果不具代表性，并且很难控制土壤中的各种理化因素量的变化。土壤是个很复杂的电解质，与水溶液存在着较大差别。埋片试验和实验室土壤腐蚀实验得出的结果具有很大的分散性，用常归的多元回归方法处理，很难得出可信结果。土壤腐蚀的研究还存在着许多难点，一些技术问题还没有解决虽然一些电化学理论的基础研究结果可以用到土壤腐蚀上，但土壤的复杂性和独特性决定了电化学理论不能简单地应用于土壤腐蚀研究中。还需进一步探讨更为合理的方法解决土壤腐蚀研究中的难点。电化学基本原理已应用于土壤腐蚀研究中。由斯特恩和盖里提出的极化技术可以得出土壤中金属腐蚀速度Ic。利用极化曲线方法研究土壤中的局部腐蚀电池的作用，分析宏电池对微电池的作用。极化曲线上的拐点法可以测出土壤中的金属腐蚀速度。皮尔提出，腐蚀电流可以用拐点法求得，并在不开挖的情况下可以测得土壤中的低碳钢、铝、不锈钢试件等的腐蚀速度。由于土壤腐蚀是一种化学腐蚀，要想对反应倾向和速度做出判断，就必须认真分析腐蚀反应中阳极过程、阴极过程的热力学和动力学、探讨在土壤环境中，金属表面形成的双电层，及在不同部位上金属的电位差，各种理化因素及微生物对腐蚀电极过程动力学影响，是当前土壤腐蚀研究必须解决的问题。电化学基础理论的发展为土壤腐蚀研究提供了可靠的理论依据。在应用电化学基础理论的前提下，大力开展实验室土壤腐蚀研究。Denison的供氧差异腐蚀电池得出的结果与现场埋设结果相符，但它仍不能定量给出腐蚀速度与供氧差异之间的关系。有人曾在实验室中设计了一种H型供氧差异宏电池。给出了供氧差异值，确定了金属的腐蚀速度。并给出了氧浓差宏电池效应系数。并在实验室中另外模拟了盐浓差、温差、pH值差等宏电池腐蚀。得出氯浓差宏电池作用强度最大。近年来，土壤腐蚀的实验室研究在国内外开展得非常活跃，动电位扫描、交流阻抗、电化学噪声等一系列电化学研究手段在土壤腐蚀研究中得到了成果。1.3.2 国外对于土壤腐蚀的研究美国国家标准局“地下腐蚀”研究项目的主要研究成果如下： A 铜和铜镀钢。包括管状和板状样品，其中铜镀钢的铜层厚度为0.254mm。在14个不同场地埋入地中13年，根据重量测量，得到平均腐蚀深度为12.710-6。埋置在另外29个不同试验场地8年的样品的平均腐蚀深度为22.8610-6。 B 镀锌钢。测试了208个镀锌钢管，镀层厚度约为0.121mm，样品埋入地中10年。10年后镀锌层的平均腐蚀厚度达0.0635mm。镀锌层下的钢出现了点蚀。 C 对轧制锌材和镀锌钢(平均镀层厚度0.13mm)在美国不同地点的50种土壤中进行了腐蚀性能的评定。数据显示，镀锌钢件的平均腐蚀速率与锌基本一致，但是点蚀穿透率明显低于锌；而且当大部分镀层被腐蚀后，腐蚀速率降低。 美国加利福尼亚国家海军土木工程试验室对9种不同材料的垂直接地棒(长2.4m，直径16mm)，埋入地下7年，分别在1年后、3年后、7年后从土壤中挖出测量，得到的实验结果如下：7年后，大多数试品的镀锌钢镀层腐蚀掉了，钢芯出现了点蚀。包不锈钢的钢接地棒基本没有腐蚀，但是钢芯出现了约25.4mm深的点蚀。铜镀钢接地棒没有腐蚀，只是在端部钢芯出现了约50.8mm深的点蚀。美国国家接地研究计划的试验材料包括了镀锌钢和电镀铜材料。5个试验场地中的4个分别在试验9年、11年、12年进行了开挖。结果表明，镀锌钢出现了中等到严重的腐蚀，电镀铜导体只有轻微的腐蚀。波兰华沙技术大学材料科学工程系实验室的研究表明，在相同腐蚀环境及波兰土壤条件下，腐蚀速率是均匀的，并且和暴露的时间成比例。热镀锌棒的平均腐蚀速率为1.1mm/a，电镀铜棒的腐蚀速度是它的1/25。依据美国海军的试验结果，该实验室的专家认为，只有电镀铜厚度为0.25mm的钢棒以及不锈钢棒的抗腐蚀速度可以被接受。另外，从813年在43种不同土壤中铜试品的测试结果中的41种计算得到30年的平均点蚀深度为0.17mm，因此一些国际标准都将电镀铜钢棒的铜镀层的要求确定为至少0.25mm，包括英国BS7430和美国的UL467。但是值得注意的是在透气性较差的土壤中，不锈钢的耐腐蚀性会减弱，而且不同材质的不锈钢具有不同的耐腐蚀性，因此该文献建议将不锈钢接地从有关标准中移除。以上大量实验数据表明：铜、不锈钢的耐腐蚀性远远好于镀锌钢，但是他们在特殊土壤中的腐蚀也是不能忽略的，而且不同材质不锈钢的耐腐蚀性不同。铜镀30年的平均腐蚀深度一般不大于0.17mm。依据不锈钢包钢棒与其他金属材料的一些试验结果，可以认为不锈钢包钢也具有与铜镀钢类似的耐腐蚀性。锌材的腐蚀速率与镀锌钢的腐蚀速度相当，因此锌包钢从包覆层的腐蚀速度上来说没有明显优势，主要是利用其阴极保护能力牺牲自己来实现保护其他金属构件的目的5。1.3.3 国内对于土壤腐蚀的研究在金属材料的土壤腐蚀方面，国内尚无针对一些金属材料的全面试验比较，但也做了大量的相关研究。电信科学技术第五研究所采用自然埋藏的研究方法，对线缆金属材料铜、 铝、 铅在我国各种土壤中的腐蚀进行研究6-7，结果表明：铜、铝、铅平均腐蚀率随时间变化规律基本遵循方程式V=At；铜在内陆盐土，铝在碱性土壤，铅在酸性土及潮湿草甸土、紫色土中呈局部斑点腐蚀；局部腐蚀产物不具保护性。中国科学院金属腐蚀与防护研究所用原位测试方法对碳钢、不锈钢、H62黄铜及金属铝在土壤中的腐蚀进行了研究，认为1年内，铝、碳钢、不锈钢、H62黄铜的平均腐蚀率之比为1:22:0.5:4。该所还研究了1Cr13、1Cr18Ni9Ti两种不锈钢在酸性、中性及碱性土壤中经过1年、3年、5年3个试验周期后的腐蚀特征8，结果表明，1Cr18Ni9Ti耐蚀性优于1Cr13，2种不锈钢在酸性及中性土壤中腐蚀轻微，在高盐碱性土壤中腐蚀严重，以点蚀为主。北京科技大学利用汽车镀锌板，研究了完整镀锌板、基板和镀锌层不同程度破损试样在泥浆和NaCl水溶液中的腐蚀规律。结果表明：完整镀锌层的腐蚀速率高于基板：镀锌层破损试样的腐蚀失重随镀锌层破损面积的增加而增大。1.4土壤腐蚀的类型和机理1.4.1 土壤腐蚀类型土壤是由固态、液态和气态三相物质构成的复杂混合物。土壤腐蚀的影响因素有土壤的通气性、含水量、温度、电阻率、溶解离子的种类和数量、pH值、氧化还原电位，有机质以及微生物的存在等。这些因素和外部因素的综合作用导致了土壤中输油输气管线的腐蚀这种土壤腐蚀过程主要还是电化学溶解过程土壤和管道共同构成各种腐蚀电池。腐蚀形式主要包括均匀腐蚀、局部腐蚀、电化学和生物共同作用的生物腐蚀、杂散电流腐蚀。1.4.2 土壤腐蚀机理土壤是一个由固、气、液三态物质组成的不均匀的多相体系，它含有可溶盐，胶粒表面带有电荷并吸附着阴阳离子，因此，除非土壤绝对不含水分，通常的土壤就是一种由三态物质构成的复杂的电解质。实践证明，金属在土壤中的腐蚀一般都具有电化学的特性，即土壤腐蚀过程是一个电化学反应过程。当埋地金属与性质不同的土壤相接触，其表面的不同部位上会形成不同的电极电位。这种金属构件上不同电位的分差就是引起金属土壤腐蚀的根本原因。它通过土壤介质构成回路，形成腐蚀电池，电位较负的部位成为阳极区，进行金属的溶解反应；电位较正的部位是阴极区，进行阴极反应，在土壤中除个别情况(如强酸性土壤) 的阴极反应是氢的析出外，绝大多数土壤腐蚀的阴极反应是氧的还原。研究证明，土壤腐蚀一般都是微电池(均匀腐蚀)和宏电池(局部腐蚀)共同作用的结果。对大多数土壤，当腐蚀决定于腐蚀微电池或距离不太长的宏腐蚀电池时，腐蚀过程主要为阴极过程所控制，对相当疏松和干燥的土壤，随着氧渗透率的增加将发生由阴极控制占优势转变成阳极控制占优势，金属离子化过程决定了腐蚀反应的快慢；对由长距离宏电池作用所引起的土壤腐蚀来说，电阻控制将占优势，其中土壤电阻在电阻因素中扮演着主要角色。微电池腐蚀是由于金属组成或结构不均匀而产生的一种均匀腐蚀。由于大部分金属的表面状况不可能达到理想的均一，所以微电池腐蚀又是一种普遍存在的腐蚀形式。在土壤性质较均匀或金属构件尺寸较小的情况下，微电池腐蚀则被认为是主要的腐蚀形式。金属构件在紧实和渗透率较小的粘土中腐蚀率低而在疏松和透气性好的土壤中腐蚀率较高土壤电阻对微电池的作用很小，但由于反应只是在微观状况下进行，电池反应微弱，加上又是均匀腐蚀，在实践中一般不会造成严重危害。因此，在实际工作中，人们都偏重于对宏电池腐蚀的研究。 宏电池是由于土壤性质的差异，特别是埋地金属不同部位上氧有效性的不同而导致的一种腐蚀形式大量的调查表明，绝大多数地下管道和电缆的腐蚀是局部腐蚀，从全国土壤网站二十多年的埋设试验表明，钢铁试件80%左右的腐蚀是由宏电池腐蚀引起。因此，对宏电池腐蚀的研究是解决土壤腐蚀的关键9。 当埋地金属构件穿越具有不同理化性质的土壤时，宏腐蚀电池不仅可以在大范围产生(长线宏电池腐蚀)，可也以在很小区域内形成。在大的范围，由于土壤类型。土壤质地、含盐量、松紧度、渗透率、地下水等的变化，在不同地段会引起金属构件自然腐蚀电位的差异，形成宏电池反应。如管线穿越质地有明显差异的两种土壤时，在紧实和渗透率较小的粘土中的管道部分具有较负的电位，而处于通气良好、疏松的砂土中的管道则具有较正的电位，这样就形成了宏电池，粘土中的管道成为阳极，进行金属的溶解反应，最终遭受腐蚀破坏，这与微电池腐蚀截然不同。由于实践中的腐蚀问题大都是由宏电池反应引起，因此可以认为，紧实、通气不良的土壤的腐蚀性要大于疏松、通气良好的土壤。除此之外，由土壤含盐量不同所引起的盐浓差电池、土壤温度不同引起的温差电池等也都属于密电池中的长线电池。在小的范围，如在导电良好，氧充足的环境中，若有无渗透性成分(砂粒、砾石)与金属表面接触则可产生点蚀10-11。对钢铁管道来说，与砾石接触的部位电位较负成为阳极而遭受腐蚀，并且生成Fe3+很快转化成Fe(OH)3，后者有胶粘作用，阻止了氧向砾石周围扩散，进一步提高了阳极活性，最终会形成明显的蚀坑，甚至造成穿孔，这是在管道腐蚀防护中经常遇到的一种现象。另外，宏电池腐蚀不仅由土壤理化性质的差异所引起，杂散电流的存在、不同金属或新旧管线的连接、在实施过程中造成的防护涂层的破损或剥离也往往是形成局部腐蚀的重要原因。宏电池腐蚀的速率取决于土壤的通气和土壤电阻率。S. K.Gupta等认为存在一个临界土壤水/气比率，当含水量及含气率都足以保证阴阳极最小极化时，腐蚀速率最大，并给出这个比值为65/35。但后来J.N.Murry等在研究土壤含水量与钢铁腐蚀率的定量关系时，对这个比值提出了异议。有学者研究了碳钢在八种土壤中的宏腐蚀电池，通过分析认为宏腐蚀电池并不是由单个因子决定的，而是腐蚀电动势，极化电阻和土壤电阻共同作用的结果一般认为，腐蚀电流是腐蚀电池反应快慢的一个标志，电流愈大，腐蚀愈严重。但近年来不少学者提出了不同看法，Hildebrand等发现，腐蚀电流与失重及蚀点形成之间的相关性不明显。Tanaka表明，宏电池电流与腐蚀速度之问的相关性并不十分显著。L.I.Freiman等则通过实验和数学摸式的分析指出，判断土壤腐蚀率必须综台考虑土壤中宏电池的一些特征，宏电池腐蚀的危害性可以通过对比阴阳极在宏电池反应中的溶解速率与自由腐蚀条件下腐蚀速率的大小来判断，而不只是考虑电流的方向和强度。土壤腐蚀类型主要取决于土壤介质的性质及金属的表面状况，当金属处于物质均一的土壤中时，腐蚀形式可能主要是微电池腐蚀(均匀腐蚀) ，但当土壤某些物质发生变动或有杂散电流存在时，腐蚀类型也会发生转化E.G.Kuzcetsova证实，在饱和水的砂土中，随含水量的降低，钢腐蚀具有局部腐蚀的特征。S.R.Pookote在研究交流杂散电流对钢腐蚀的影响时指出，在没有或很小交流电存在时，腐蚀形式是均匀腐蚀，一旦电流大到一定程度后，由于形成不完整的保护膜，最终导致了广泛的局部腐蚀。另一方面，不同金属对交流电的响应也各不相同，当交流电强度大于某一临界值时，铝一般表现为孔蚀和氧化层增厚，而铜则为均匀腐蚀。另外，阴阳极面积比(Sa/Sc)对土壤腐蚀行为也有明显影响。Sa/Sc很小时，小阳极剧烈反应，金属构件受到严重破坏，但同时由于小阳极起到的阴极保护作用不明显，在阴极部位遭受微电池腐蚀，在这种情况下，宏电池反应和微电池反直是同时进行。当Sa/Scl或l时，阳极腐蚀趋于加快而阴极上的微电池反应被完全抑制，不过这时的宏电池反应对金属构件的危害性不大。1.5 影响腐蚀的因素与土壤腐蚀的危害1.5.1 影响土壤腐蚀因素影响土壤腐蚀的因素大致有含盐量、含水量、自然腐蚀电位、温度、氧化还原电位以及土壤电阻率、pH值、微生物、季节等等。研究表明，土壤中氯浓度增加，能明显加速钢的腐蚀作用；氯存在时，能促进HCO3-、SO42-对钢铁的点腐蚀，而且浓度越大，腐蚀程度越重。一般而言，含盐量越大，土壤的电导率就越大，其腐蚀性也越强。土壤含盐量一方面对土壤腐蚀介质导电过程起作用，另一方面参与钢铁的电化学反应，主要表现在阴离子的促进作用上，如氯破坏金属表面的钝化膜，促进阳极过程，SO42-促进钢的腐蚀等。在中性、碱性土壤中，土壤含盐量过大导致土壤电解质的浓度很大，影响氧的溶解和扩散从而引起金属腐蚀速度的增大。土壤电阻率是表征土壤导电性的指标，在防腐工程中，它是判断土壤腐蚀性的基本参数。在一定条件下，土壤电阻率越低，腐蚀性越强。由于土壤的电导率与土壤溶液中的可溶性离子浓度成正比，因而这几个变量的组合形式主要为氯化物、全盐含量和电阻率12-13。土壤中含有多种离子与水分，本身是导电的，虽然沿海地区和山地砂石带的土壤电阻率相差可达几十到几百，但其腐蚀金属管道均属电化学性质，通常有下面两个因素：土壤的含水率和电解质情况，从电位腐蚀机理分析，土壤中含水率l080，腐蚀速率最大，酸和盐份含量越高，pH越低，腐蚀也越利害14；氧的浓差电池作用，除非在强酸性的土壤中(如盐酸合成炉附近的土壤)，通常土壤对金属的腐蚀属于氧的去极化腐蚀，埋没在地下的管道，在不同的部位氧的浓度不同，比如说，大口径管道埋在地下，其深、浅部位氧的浓度相差显著，这样，深部贫氧区部位就成为阳极而腐蚀，在沥青或水泥路面下的土壤透气性较差，通过该段的管线也成为阳极而容易腐蚀。造成微生物腐蚀(MIC)的微生物计有六类，情况相当复杂，而埋没在缺氧的粘土环境中的地下管道，遭受腐蚀的主要的微生物为厌氧的硫酸盐还原菌(SRB)。SRB在中性、弱酸、弱碱性土壤中腐蚀活性甚大，它pH=8.5下，即使在7080，压力为0.7lkPa的土壤中仍有很强的生命力。另外，在冬春季节交替时( 14月) 各种土壤环境因素变化较小，钢板的腐蚀速度较低。而在夏秋季节(710月) 土壤温度、土壤水分、土壤电导一直维持较高， 土壤氧化还原电位、土壤盐分一直维持较低，土壤环境因素的差异不大，而且该季节地下水位很高，埋层处于水饱和状态，氧浓差及盐浓差腐蚀作用小，所以钢板的腐蚀速度最低15。1.5.2 土壤腐蚀危害随着人们对城建、环保、节能要求的不断提高,在城市热网建设中热力管道直埋技术的应用越来越普及。尤其是近年来兴起的“钢套钢”蒸汽管道直埋技术随着热水直埋管道技术的日臻完善及国家相关能源政策的引导，在城市集中供热领域得到迅速发展。几年工程实践表明，由于轻视了直埋管道土壤腐蚀作用，导致直埋热力管线在短短的几年时间内便因腐蚀导致事故，甚至有的管线仅埋地一年左右的时间即被腐蚀报废。城市街区道路或绿化带下，埋设热力管道投资巨大，一旦损坏维修困难、且费用昂贵，加之停止供热给企业带来的负面影响和经济损失，使人们对土壤腐蚀可能造成的意外事故越来越重视。由于土壤腐蚀带来危害的还有天然气管道，随着天然气管线运行时间的增长，因管道外腐蚀和外力作用造成的损伤会使管道状况逐渐恶化。管线故障的发生将严重制约天然气集输能力的提高，导致维修改造费用增大。另外由于天然气具有易燃、易爆等特性，一旦管道泄漏很可能引起火灾爆炸事故。川渝地区拥有大量的在役天然气管道，管道工作年限较长，事故隐患较多。此外，由于川渝地区地质地貌环境复杂、人口稠密、社会依托条件差，因此事故处理响应时间长，事故直接损失和事故处理费用