2024年4月25日发(作者：)

●王永红鹿中晖李英志夏永生（电信科学技术第五研究所成都６１００６２）　

摘　要：　将碳钢、铜、铅、铝试件在中性草甸土、酸性红壤和碱性荒漠土及西部内陆盐土中进行自然埋藏研究，不同的金属在不同土壤中的　

腐蚀程度不同。碳钢在草甸土中的腐蚀较重，铅在红壤中的腐蚀较重，铜在荒漠土中的腐蚀较重，铝在西部４种内陆盐土中腐蚀较　

重。腐蚀原因分析表明：草甸土中高含水量及低电阻率，红壤中低ｐＨ值及高含量的ＮＯ。一，荒漠土及西部内陆盐土中高含量的Ｃｒ和　

ＳＯ４２－及土壤质地不均，对各种金属造成不同程度的腐蚀。各种土壤中微生物的活动都促进了金属的腐蚀。　

关键词：　草甸土、红壤、荒漠土、内陆盐土；碳钢、铜、铅、铝；土壤腐蚀　

Ｄｏｉ：１Ｏ．３９６９ｌｉ．ｉｓｓｎ．１６７３－５１３７．２０１１．１０．００１　

前言　

通过对成都中性草旬土、鹰潭酸性红壤、库尔勒碱性　

荒漠土及克拉玛依、格尔木、玉门内陆盐土中碳钢、铜、　

铅、铝土壤自然埋藏试验结果的研究，以及对土壤环境因　

数的综合分析，对比了金属材料在各种不同土壤中的腐蚀　

规律和腐蚀原因。为线缆的防护设计，合理选用材料、生　

产维护及制定标准规范提供科学依据。　

１、试验材料　

碳钢Ａ３钢　

铜９９．９％　

铅９９．２％　

铝　９９　５％　

试件制备、埋设、取样及检测按照材料土壤腐蚀试验　

方法　’　进行。　

２、试验结果与分析　

２．１草甸土、红壤、荒漠土中碳钢、铜、铅腐蚀规律比　

较　

在不同土壤中碳钢、铜、铅平均腐蚀率随时间的增加　

而降低（图１、２、３），其变化遵从以下方程　Ｃ＝ＡＴ　。　

式中：Ｃ为腐蚀率（ｇ／ｄｍ　・ａ），Ａ、Ｂ为常数；Ｔ为ａｌ，／￣　

（ａ】。　

２．１．１成都中性草甸土中　

￡　

’　

ｌ

三　

簪　

港　

０．２５　０　５　Ｉ　２　３　

ｑＩ＿Ｈｊ／ａ　

图１成都站碳钢、铝、铅平均腐蚀率随时间变化曲线　

其中：碳钢Ｃ＝０　６７３８ＴＩ。。　¨　ｒ＝０．８２６３　

铅　Ｃ＝０．３６２１Ｔ‘　∞　ｒ＝０．８９５９　

铝　Ｃ：０．０５８４ＴＩ。。帕　ｒ＝０．９７９４　

式中：ｒ为相关系数。　

从图１曲线中可以看出成都中性草甸土中碳钢平均腐蚀　

率比铝、铅平均腐蚀率大。　

２．１＿２鹰潭酸性红壤中　

∞　

１‘　

目　

ｂｏ　

籍　

嘏　

圜　

馔　

图２鹰潭站铅、铝、铜半均腐蚀翠随时间变化曲线　

其中：铅Ｃ＝０　７９９Ｔ加６６３３　ｒ＝０．９８５２　

铜Ｃ＝０　３２７３Ｔ。。刚　ｒ＝０．９３９５　

铝Ｃ＝０．０３６３Ｔ。。。　ｒ＝０．９８１　５　

从图２曲线中可以看出鹰潭酸性红壤中铅平均腐蚀率比　

铜、铝平均腐蚀率大。　

２．１．３库尔勒碱性荒漠土中　

０。５　

０．４　

焉０

．

３　

吐　

瓣０．２　

翻　

谴０

．

１　

０　

Ｏ　４　

图３库尔勒站铜、铅、铝平均腐蚀率随时间变化曲线　

其中：　

铜Ｃ＝０．３３５６Ｔ加　侣　ｒ＝０．９９４７　

铅Ｃ：０．１３０７Ｔ。。引。　ｒ＝０　９７８０　

铝为局部腐蚀不宜用平均腐蚀率来拟合方程。　

从图３曲线中可以看出库尔勒碱性荒漠土中铜平均腐蚀　

率比铅、铝平均腐蚀率大。　

２．２在西部４种内陆盐土中铝的腐蚀规律　

在西部４种内陆盐土中埋藏１年铝均呈局部斑点腐蚀。　

克拉玛依站：试件穿孔，小孔圆而深。平均腐蚀率为　

０．３３３７ｇ／ｄｍ　・ａ最大腐蚀孔深度为１．５０ｍｍ。　

格尔木站：试件表面有较大的腐蚀坑，平均腐蚀率为　

０．１　０２２／ｄｍ　ａ。最大腐蚀孔深度为０　７４ｍｍ。　

库尔勒站：试件表面有少量白色腐蚀产物，平均腐蚀　

率为０．０１８７ｇ／ｄｍ　ａ，最大腐蚀孔深度为０．２０ｍｍ。　

玉门站：试件表面有小斑坑，平均腐蚀率为０．０１３９／　

ｄｍ　ａ。最大腐蚀孔深度为０．２２ｍｍ。　

２．３各种金属在不同土壤中的腐蚀特性比较　

碳钢、铜、铅、铝在不同土壤中具备不同腐蚀特性，　

在不同土壤中金属腐蚀严重程度也各不相同。　

按各站金属自然埋藏１年的平均腐蚀率结果进行比较：　

２．３．１中性草甸土中碳钢腐蚀严重　

碳钢试件上布满坚硬的黑褐色产物及铁锈，碳钢的平　

均腐蚀速度是铝和铅的８倍。碳钢腐蚀严重　。　

２．３－２酸性红壤中铅腐蚀严重　

铅试件上有０．５８ｍｍ深的腐蚀坑，铅的平均腐蚀速度是　

铜的３倍，是铝的１　１倍，铅腐蚀严重　Ｊ。　

２．３．３碱性荒漠土中铜腐蚀严重　

铜试件上布满易脱落的层状蓝绿色、砖红色腐蚀产　

物，铜板的腐蚀速度是铅的３倍，是铝的３０多倍，铜腐蚀严　

重　

２．３．４内陆盐土中铝腐蚀严重　

ｇ／ｄｍ　ａ　

图４库尔勒、格尔木、玉门、克拉玛依站铝腐蚀对比　

图４比较了库尔勒、格尔木、玉门、克拉玛依站４个站　

埋藏１年的纯铝护套腐蚀率和腐蚀孔深度，铝在克拉玛依站　

灰棕荒漠土中已穿孔，腐蚀最严重，在格尔木盐渍土中腐　

蚀孔很深，腐蚀也严重。　

２．４不同的土壤环境对金属的影响　

２．４．１草甸土中高含水量、低电阻率对钢铁的影响　

成都站地处成都平原，土壤ｐＨ值为７．２，属中性草句　

土，土壤潮湿，含水量较高为２３～２８＿７％，当土壤含水量在　

１Ｏ％～２５％，钢铁腐蚀速率最高　］。该站土壤电阻率较低为　

９＿７～１２＿ｇＱ・ｍ，在一般情况下，金属腐蚀速度与土壤电　

阻率呈负相关关系。特强腐蚀性土壤的电阻率在１０Ｑ・ｍ　

以下，强腐蚀性土壤的电阻率一般在３０　Ｑ・ｍ以下旧】。从成　

都近郊输气管线遭受土壤腐蚀，蚀孔深度达３．３ｍｍ的实际　

案例，证实高含水量、低电阻率促进了钢铁电化学过程进　

行，造成管线的较重腐蚀。　

２．３．２红壤中低ｐＨ值及高含量ＮＯｓ－对铅的影响　

鹰潭站红壤ＰＨ值低为４．３，属酸性土壤，对铅腐蚀影　

响较大，出现较重的斑点腐蚀。鹰潭站土壤中ＮＯ３－含量很　

高，最高达Ｎ０．０１３６％，远远大于ＮＯ。一对铅的强腐蚀指标　

０．００１％以上　］，由于ＮＯ３－是强氧化剂，在酸性介质中起到　

强烈的去极化作用，对铅有强烈的腐蚀作用　】。铅的腐蚀　

产物绝大部分为ＰｂＣＯ。，其含量为７４ｌｇ％ｌ６］，在酸性土壤中　

ＰｂＣＯ。极易转变为Ｐｂ（ＨＣＯ。）　，从而使ＰｂＣＯ。保护膜遭　

到破坏，形成腐蚀斑坑。将土壤网站各试验站埋藏的铅平　

均腐蚀速度进行比较，鹰潭站铅平均腐蚀速度最大¨ｏ】。　

２．３．３内陆盐土高含盐量、土壤质地不均对铜、铝的影　

响　

库尔勒站土壤ｐＨ值为９．０，属碱性荒漠内陆盐土，特　

别是可溶性盐中Ｃｌ一、ＳＯ　含量较高，对铜的腐蚀影响　

较大。铜易与土壤中的Ｃｌ一、ＳＯ　水、氧气等反应生成　

氯化铜、硫酸铜。铜里层为红色Ｃｕ　Ｏ，进而氧化为黑色　

的ＣｕＯ；呈现易脱落的砖红色、黑色、蓝绿色多层腐蚀产　

物。　

克拉玛依站铝管１年内即穿孔，是由于该站土壤质地特　

别不均匀，尖细砾石含量高达５１％，库尔勒站土壤也有大　

量的尖细砾石，尖砾石与铝、铜表面紧密接触，造成局部　

的不透气性，从而形成氧浓差电池　［１１］０氧浓差电池的作用　

破坏了致密氧化膜，在砾石紧密接触的铝、铜表面形成大　

阴极一小阳极，加速了腐蚀过程。　

虽然玉门站土壤中也含大量砾石，但基本上是光滑的　

鹅卵石，不易与铝管紧密粘接，相对腐蚀较轻。　

格尔木站土壤中Ｃ　ｌ一、Ｓ　Ｏ　含量最高（分别为　

１　０．８６３％、０．４７９５％），铝在格尔木站腐蚀很严重。　

克拉玛依、库尔勒站土壤中Ｃｌ一（分别为０．０７７０％、　

０．０７２４％）、ＳＯ　（分别为０．２５８１％、０．２３１５％）含量　

也高，铝在克拉玛依、库尔勒站腐蚀也严重。由于ＣＩ一、　

ＳＯ　一对铝的腐蚀影响较大　】。如Ｃｌ一具有很小的半径和很　

强的负电性，所以在铝表面吸附氯离子比较集中的地方，　

在氧化膜问产生很强的局部电场　］，并促使铝离子由铝表面　

的氧化膜上通过。氯离子破坏了铝在腐蚀过程中阳极的钝　

化状态，从而使铝的离子化一腐蚀阳极过程Ｊｉ／￣Ｊ进行。　

２．３．４各种土壤中微生物对碳钢、铅、铜、铝的影响　

我们将以试件周围土和背景土之间的腐蚀微生物菌量　

比值作为评定指标　】，比值越大，微生物参与的腐蚀程度越　

重。　

成都中性土壤站，碳钢周围土硫酸盐还原菌量比背景　

土菌量高出３～６倍，有的甚至高出１～２个数量级，碳钢的　

黑褐色产物为硫化亚铁，是硫酸盐还原菌参与碳钢腐蚀的　

特征性产物　，硫酸盐还原菌促进了碳钢的阴极去极化过　

程；碳钢周围土真菌比背景土菌量高出１～５倍，碳钢周围　

土异氧茵比背景土菌量高出１～３倍。碳钢遭受到较重的微　

生物腐蚀。　

鹰潭酸性土壤站，铅板周围土壤中硫酸盐还原菌及真　

菌高出背景土１个数量级，硫化菌高出背景土１．５倍，异养　

菌高达９．２×１　０５个／克土，硫酸盐还原茵、异养菌代谢产酸　

¨２］

，

使铅板周Ｉ￣ｌ－Ｉ－壤的ｐＨ值由４．８２降低为４．６８，加速铅的　

严重腐蚀。　

库尔勒碱性土壤站，铜、铝试件周围硫酸盐还原菌　

量、异氧茵、真菌￣ＢＩ：Ｌ背景土菌量高出２倍，该站铜、铝腐　

蚀很严重。　

格尔木、克拉玛依站试件周围土和背景土微生物含　

量比值并不见异常，可见微生物不是严重腐蚀的主要因　

素。但从格尔木、克拉玛依站土壤有机质含量（０．３５％、　

０．２９％）来看，比其它两个站高，微生物将有机质分解成有　

机酸，从而可造成一定的腐蚀环境　】。　

３、结论　

（１）各种金属受到不同土壤环境的影响其腐蚀程度各　

不相同。碳钢在草句土中的腐蚀较重，铅在红壤中的腐蚀　

较重，铜在荒漠土中的腐蚀较重，铝在西部４种内陆盐土中　

腐蚀较重。　

（２）中性草甸土中高含水量及低电阻率，酸性红壤中　

Ｉ＂￣ｐＨ值及高含量的ＮＯ。一，碱性荒漠土及内陆盐土中高含量　

的Ｃｌ一和ＳＯ４２－及土壤质地不均是分别造成碳钢、铅、铜、　

铝腐蚀较重的原因。　

（３）草甸土、红壤、内陆盐土中微生物的活动都促进　

了碳钢、铜、铅、铝的腐蚀。圈　

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鱼　作王究产课

础性工作专项主要研究人员。发表专著、学术论文５０多　

电专永信学部题项者红科术负“简，学带七责目女技头五人负介，术”责：１第。、人　国９６五曾家“８研担八科年究任五技毕所该部业”高于、２科０级承成技“１都工担九基、程的五础２学师国”０条家件院，、２年线平自（“、现缆然十台２腐科四五建０蚀Ｊ学”设４Ｉ大与基重年项学防金公目护项益及）研信性基，目　

篇，研究成果多次获得邮电部和中国科学院科技进步奖。