每年因腐蝕損失的金屬占服役金屬總量的15%左右，造成巨大的經濟浪費，且這個數據還在逐年升高。X80鋼作為管線鋼的首選鋼級，對其防腐蝕措施的研究也不可忽視。X80鋼的腐蝕防護措施主要有陰極保護、防護涂層、緩蝕劑及表面處理等。

一、陰極保護

1834年，法拉第提出第一陰極保護原理，為陰極保護奠定了理論基礎，后經不斷地創新與完善，陰極保護方法誕生，并至今仍被廣泛使用，其發展歷程如圖1所示。

圖1 陰極保護的發展歷程

陰極保護法是通過對易腐蝕的金屬施加電流，使其成為陰極，抑制腐蝕反應中的電子轉移，從而對金屬起到保護作用。目前，陰極保護法已經廣泛應用于各種金屬的防腐蝕工作中。

鄭平等分別施加-850、-1000、-1100、-1200 mV恒電位對X80鋼進行陰極保護，在鷹潭土壤模擬溶液中研究了X80鋼的應力腐蝕。結果表明：當電位為-1100 mV時，X80鋼的應力腐蝕敏感性達到極小值，所以該電位為最佳保護電位；當電位超過-1100 mV時，出現“過保護”，開始出現析氫現象。

陳迎春等研究了陰極保護對X80鋼和X65鋼在大港土壤中腐蝕的影響，采用電化學阻抗法和極化曲線法對陰極保護參數進行分析。結果表明：X80鋼和X65鋼的最佳保護電位分別為-800 mV和-850 mV，析氫電位分別為-960 mV和-970 mV。

鄧志龍等研究發現：在較高的保護電位下（-950～-800 mV），X80鋼基體和夾雜物周圍均發生了點蝕；負移保護電位可抑制點蝕發生，當保護電位負移至-1000 mV時，僅夾雜物周圍發生了點蝕，當保護電位負移至-1200 mV時，基體和夾雜物周圍均未發生點蝕。

陰極保護通過調整電位至最佳保護電位，可對X80管線鋼進行有效的保護，延長其服役時間，但是要避免“過保護”和“欠保護”的出現。“欠保護”會使保護措施不到位，防腐蝕效果較差；“過保護”會使鋼材產生析氫現象，導致氫脆。目前陰極保護主要應用于土壤和海洋中服役的X80管線鋼。

二、防護涂層

防護涂層技術是指將具有防腐蝕特性的涂層材料涂抹至鋼材的內外表面，使內外環境與鋼材之間實現有效的隔離，防止腐蝕的發生。在長時間服役后，X80管線鋼表面的防護涂層會發生不同程度脫落，裸露的鋼材失去涂層保護后會發生嚴重的腐蝕，因此防護涂層技術的研究對X80鋼的腐蝕防護有重要的意義。

郝友菖等以聚苯硫醚和二氧化硅作為原材料在X80鋼表面制備了超雙疏涂層，制備流程如圖2所示，然后通過電化學試驗研究了該超雙疏涂層在3.5%(質量分數)NaCl溶液中的防腐蝕效果。結果表明：X80鋼表面被防腐蝕涂層覆蓋后，其自腐蝕電位由0.647 V降至0.475 V，腐蝕電流密度由2.36×10-4 A/cm2降至3.26×10-6 A/cm2，該超雙疏涂層的防腐蝕效果顯著。

圖2 超雙疏涂層制備流程

景紅等將氧化石墨烯(GO)添加至環氧樹脂涂層中對其進行改性處理，在不同NaCl含量下探究了涂有改性涂層X80鋼的腐蝕行為。結果表明，GO的結構可以將CI- 等腐蝕性介質阻擋在涂層外，同時改性涂層破損后，腐蝕僅發生在破損處，沒有延伸的跡象，腐蝕產物附著在破損處對基體起到保護作用。通過GO改性處理后，環氧樹脂涂層的防腐蝕效果顯著提升。

ZHAO采用五靶磁控濺射技術在X80鋼表面制備了AlTiCrNiTa高熵合金(HEA)涂層，并在3.5% NaCl溶液中對其防腐蝕效果進行了研究。結果表明，該涂層具有單一的BCC微晶結構，能有效提高其耐蝕性，經過電化學腐蝕后，該涂層仍能保持完整致密，對X80鋼提供有效的保護。

在X80鋼內外表面覆蓋防腐蝕涂層，可以避免鋼材和內外腐蝕環境接觸而發生腐蝕。該方法具有成本低、設備簡單和效率高等諸多優點，相關研究也非常多。目前，防護涂層技術已普遍用于服役鋼材。

三、緩蝕劑

緩蝕劑由于制備使用方便和高效等特點深受業界歡迎。目前，工業緩蝕劑的種類以Bx(CrO4)y、Bx(NO3)y和Bx(PO4)y為主，但是這些緩蝕劑對環境和人體均會產生危害，因此高效、綠色緩蝕劑一直是研究的熱點。

朱永艷等研究了咪唑啉（C22H42N2O）、膦酰基丁烷三羧酸（PBTCA）和聚環氧琥珀酸（PESA）三種無害緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果。結果發現，C22H42N2O的緩蝕效果最強，PBTCA的緩蝕效果次之，PESA的緩蝕效果最弱。

鄭超超等對緩蝕劑二水合鎢酸鈉和六水合硝酸鈰進行復合，在NaCl溶液中對比研究了單一緩蝕劑和復合緩蝕劑對X80鋼的緩蝕作用。結果發現：單獨使用緩蝕劑二水合鎢酸鈉和六水合硝酸鈰時，緩蝕效率分別為49.11%和30.00%；復合使用后，緩蝕效率達到了99%以上，緩蝕效果得到大幅度提升。

ZHANG等研究了四氫吖啶類緩蝕劑在油田采出水中對X80鋼的緩蝕作用。結果發現，在15% HCl的腐蝕介質中，四氫吖啶類緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果顯著，其中MPTA和EPTA的緩蝕效率最大，分別達到了97.87%和95.96%。

ITUEN等以洋蔥和果皮中的提取物為原料制備了新型緩蝕劑Ni-OMNPs，并在鹽酸腐蝕介質中研究了這種新型緩蝕劑對X80鋼的緩蝕效果。結果表明，在30 ℃條件下，該新型緩蝕劑Ni-OMNPs的緩蝕效率到達93.99%左右，可明顯抑制X80鋼腐蝕，使X80鋼的點蝕和表面粗糙度分別降低了51.2%和52.3%。

在用量很少的情況下，緩蝕劑就可以對X80鋼腐蝕起到很大的抑制作用，防腐蝕效果和其含量、外界溫度和腐蝕介質pH等有關，因此應根據不同區域的腐蝕環境和鋼種選擇適合的緩蝕劑，才能使緩蝕劑最大程度發揮出其防腐蝕效果。傳統緩蝕劑容易對環境造成污染，所以近年來綠色高效緩蝕劑引起了人們的廣泛關注，是該領域重要的研究方向。

四、表面處理

用于防腐蝕的表面處理技術包括噴丸、滲層和激光等。通過這些技術可改變鋼材表面的晶粒大小或者向表面組織中引入耐蝕元素，從而使鋼材內外表面具有較強的耐腐蝕性能。

孔德軍等采用激光沖擊波對X80管線鋼表面進行強化處理，發現激光沖擊后X80鋼表面晶粒得到細化，使其在含飽和硫化氫的NACE腐蝕溶液中的應力腐蝕敏感指數降低了5.48%，耐腐蝕性能提高。

葉存東采用激光對X80鋼焊接接頭進行了熱處理，同樣以含飽和硫化氫的NACE溶液為腐蝕介質，研究了激光熱處理對X80鋼焊接接頭耐腐蝕性能的影響。他發現激光熱處理后X80鋼焊接接頭的自腐蝕電位由-670 mV正移到-600 mV，X80鋼焊接接頭由全面腐蝕向局部腐蝕轉變，耐腐蝕性能提高。

鮮寧等對X80鋼焊接接頭表面進行了噴丸強化，并在硫化氫環境中分析了其應力腐蝕開裂行為。結果表明：噴丸強化使X80鋼焊接接頭表面晶粒細化并存在殘余壓應力，在這兩種因素的共同影響下, X80鋼焊接接頭的耐應力腐蝕開裂性能得到很大程度提升，對噴丸處理后的表面進行打磨可改善噴丸強化帶來的不利影響，進一步提高接頭的耐應力腐蝕開裂性能。

結語

X80鋼防腐蝕措施主要有陰極保護、防護涂層、緩蝕劑和表面處理。采用陰極保護法時，要確定好合適的電位，避免“欠保護”和“過保護”現象發生；緩蝕劑防腐蝕具有高效、成本低等優點，但目前工業中使用的緩蝕劑大多具有低毒性，因此制備綠色無毒緩蝕劑成為當務之急；防護涂層方法對X80鋼腐蝕防護效果顯著，已普遍使用于在役管線，但隨著服役時間的延長，涂層容易脫落，脫落部分表面會發生腐蝕；表面處理技術可以直接對鋼材表面的性能做出改變，提高其耐腐蝕性能，是一種優良的防腐蝕方法。

圖3 X80鋼腐蝕行為和防腐蝕措施總結圖

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作者：周朝剛1,2，胡錦榛1，陳慶功1,2，陳琪雅1,2，王書桓1,2，艾立群1,2

工作單位：1. 華北理工大學冶金與能源學院

2. 唐山市特種冶金及材料制備重點實驗室

通信作者簡介：王書桓，教授，博士，主要從事煉鋼新技術與品種鋼開發、冶金熔體理論與應用、高壓特種冶金、鋼鐵材料表面處理等方面的研究。