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油气管道是我国能源输送的生命线,且具有长距离、大输量、高压力特点;为实现油气管道的结构稳定性、安全性和经济性,X100等高强度管线钢的广泛应用成为管道工业的发展趋势。随着高压输电线路、电气化铁路里程迅猛发展,近年来发生的多起管道交流杂散电流腐蚀事故表明交流杂散电流腐蚀成为油气管道安全的严重隐患。但目前X100管线钢交流杂散电流腐蚀研究方面尚存在空白。本文利用电化学测试、腐蚀浸泡实验、高频电位测量、表面分析技术、热模拟技术及数值计算等方法开展了X100管线钢交流腐蚀的相关研究,具体内容及结论如下:(1)在我国库尔勒碱性土壤模拟液和鹰潭酸性土壤模拟液中,交流杂散电流使X100管线钢电极电位负移,交流腐蚀速率随外加交流电流密度的增大而增加,但增加幅度逐渐降低,鹰潭土壤模拟液中腐蚀速率相对更大。X100管线钢在两种土壤模拟液中的交流腐蚀产物对基体的保护作用都较弱。交流电流密度较小时,两种溶液中的X100管线钢腐蚀形貌为均匀腐蚀;库尔勒土壤模拟液中电流密度大于100A/m~2及鹰潭土壤模拟液中电流密度大于200A/m~2的交流腐蚀都表现为局部腐蚀。(2)通过热模拟技术得到X100管线钢的粗晶热影响区(CGHAZ)和临界再热粗晶热影响区(ICCGHAZ)微观组织,研究了焊接接头处不同微观组织的交流杂散电流腐蚀行为的差异。有无交流干扰的情况下,库尔勒土壤模拟液中的X100管线钢腐蚀速率从大到小的排序都为ICCGHAZ、CGHAZ和母材;鹰潭土壤模拟液中的自然腐蚀速率从大到小排序为母材、ICCGHAZ及CGHAZ,但在200A/m~2交流电流密度干扰下的腐蚀速率相差不大。鹰潭土壤模拟液中的腐蚀速率更大。有无交流电流干扰的情况下,X100管线钢母材、CGHAZ和ICCGHAZ在相同环境中的腐蚀产物结构及形貌都相同。自然腐蚀条件下,X100管线钢母材为均匀腐蚀,CGHAZ和ICCGHAZ出现晶界腐蚀,鹰潭土壤模拟液中晶界腐蚀更严重。在库尔勒土壤模拟液中的X100管线钢母材、CGHAZ及ICCGHAZ在200A/m~2交流电流密度干扰下出现明显的局部腐蚀坑,同时CGHAZ及ICCGHAZ表现出晶界腐蚀;在鹰潭土壤模拟液中腐蚀形貌为高低不平的坑槽状,但整体上倾向于均匀腐蚀。(3)以实验测试结合腐蚀电化学理论对X100管线钢在库尔勒土壤模拟液中的交流腐蚀机理进行了研究,发现交流杂散电流中的绝大部分消耗于对腐蚀界面电容进行充放电做功,仅少量通过法拉第电阻的交流电流分量产生金属腐蚀;交流电流对界面电容的充放电使双电层电位及阳极腐蚀电流发生周期性振荡变化,阳极腐蚀电流在正半周的增量大于负半周的减小量引起腐蚀速率增大;交流腐蚀驱动力来自于双电层电位的周期性极化,即使无交流电流通过腐蚀界面,处于交流电场环境中时也会产生加速的交流腐蚀。电极界面电容值对交流电流腐蚀速率具有极大的影响,相同交流电流密度干扰下,电容值越大、腐蚀速率越小。(4)通过实验测试、理论分析及数值计算研究交流杂散电流对库尔勒土壤模拟液中X100管线钢的阴极保护(CP)性能影响。交流电流干扰使CP电极电位发生周期性的振荡及直流电位(电位均值)发生偏移,CP电位较负时正向偏移,CP电位接近自然电位时的偏移方向取决于动力学参数。CP电位偏移的影响因素包括电极反应在不同电位区间的塔菲尔斜率、阴极反应极化电位和极化电流的非线性关系以及交流干扰引起的塔菲尔斜率变化等。有无交流杂散电流情况下,约-0.7V(相对SCE)CP电位都不能提供有效保护,交流杂散电流密度越大、交流腐蚀速率越大;交流杂散电流不大于100A/m~2时,负于-1.0V的CP电位可提供有效保护;受500A/m~2的交流杂散电流干扰时,-1.2V的CP电位无法提供有效保护。库尔勒土壤模拟液中X100管线钢CP保护下的交流腐蚀机理是交流电流使双电层电位(不含IR降的电极电位)发生正向偏移,无法达到CP有效保护电位而发生活性腐蚀。