TCSCP 0008-2023《軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕干擾評(píng)價(jià)方法》

T/CSCP

中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CSCP0008—2023

軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕干擾評(píng)

價(jià)方法

Theevaluationmethodforcorrosioninterferenceofrailtransit

dynamicstraycurrentonburiedpipelinesteels

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實(shí)施

中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CSCP0007—2023

軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕干擾評(píng)價(jià)方法

1目的與范圍

目的：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軌道交通致雜散電流對(duì)埋地管道腐蝕的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法、試樣制備、

溶液配置、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)流程、結(jié)果評(píng)定和試驗(yàn)報(bào)告。

范圍：適用于評(píng)價(jià)埋地管道在動(dòng)態(tài)雜散電流干擾下的腐蝕行為、耐蝕性、腐蝕影響因素、

腐蝕程度及發(fā)展趨勢(shì)。

2引用文件

下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。所引標(biāo)準(zhǔn)如被修訂，

使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)參照所引標(biāo)準(zhǔn)的最新版本。

GB/T21447-2018鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范；

GB/T19285-2014埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)；

GB/T40377-2021金屬和合金的腐蝕交流腐蝕的測定防護(hù)準(zhǔn)則。

3術(shù)語和定義

3.1軌道交通railtransit

在特定軌道上行駛的一類交通工具或運(yùn)輸系統(tǒng)，包括地鐵、城鐵、高速鐵路等。

3.2動(dòng)態(tài)雜散電流dynamicstraycurrent

在管道與土壤之間流入或流出的雜散電流，包括直流雜散電流和交流雜散電流，一般指交流雜

散電流。

3.3埋地鋼制管道buriedsteelpipeline

埋入土壤中的鋼質(zhì)油氣管道或其他鋼質(zhì)管道。

3.4腐蝕干擾corrosioninterference

鋼質(zhì)管道在雜散電流干擾下的腐蝕減薄、穿孔或其它腐蝕損傷。

3.5交流電密度alternatingcurrentdensity

交流電在防腐層破損點(diǎn)處單位面積的電流流量。

4試樣制備

4.1用于評(píng)價(jià)交流雜散電流干擾腐蝕的試樣暴露面積應(yīng)在1cm2以上，為避免“趨膚”效應(yīng)引

起的腐蝕不均勻現(xiàn)象，暴露面積一般不超過4cm×4cm，推薦試樣尺寸(15mm~25mm)×

(15mm~25mm)×(2~5mm)。

1

T/CSCP0007—2023

4.2采用電火花線切割加工試樣，打磨至表面粗糙度≤3.2μm，或采用600#以上水砂紙打磨。

4.3為采用失重法評(píng)價(jià)腐蝕速率，試驗(yàn)前需要測試試樣尺寸并稱重，采用游標(biāo)卡尺測量并記錄

試樣尺寸（精確到0.02mm）。試樣清洗后，經(jīng)無水乙醇或丙酮除油，吹風(fēng)機(jī)吹干后備用。

4.4試樣采用銅導(dǎo)線焊接至試樣背面，其余面和連接部位用硅膠或環(huán)氧樹脂等密封，如圖1（a）

所示，或者在試樣背面加工直徑2-3mm的螺孔，通過帶螺紋的導(dǎo)線擰入試樣背面，如圖1（b），

除試樣暴露面之外，其余表面和螺紋導(dǎo)線均須密封。

圖1試樣實(shí)物圖

4.5在進(jìn)行試樣尺寸及重量測量時(shí)，必須帶干凈的橡膠手套，并使用干凈無油污的測量工具。

4.6試驗(yàn)前，用天平（天平精度不應(yīng)低于0.0001克）測量試樣原始重量并記錄。

4.7所有試驗(yàn)都必須采用相同制備方法和具有相同形狀、尺寸和表面粗糙度的試樣來進(jìn)行，試

驗(yàn)平行試樣應(yīng)不少于3個(gè)。

4.8為了限定試樣的暴露面積，使非工作表面與溶液隔絕，須對(duì)試樣的非工作面進(jìn)行封樣處理，

封樣方法須保證試驗(yàn)過程中密封良好。

5溶液介質(zhì)

5.1配制模擬溶液的化學(xué)藥品等級(jí)為分析純或化學(xué)純，溶劑為去離子水。

5.2將現(xiàn)場實(shí)土經(jīng)自然干燥、粉碎、過篩（20目），然后烘干（105°C、24h）后與去離子水

按1:1混合攪拌均勻，靜置24h后提取浸出液，采用離子色譜儀測試離子種類和濃度，并采用

pH計(jì)測試浸出液pH值。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)土的化學(xué)分析結(jié)果，配置相對(duì)應(yīng)的土壤模擬溶液。模擬

溶液配制應(yīng)遵循以下原則：

5.2.1遵循電荷守恒、陰陽離子的物質(zhì)的量守恒。在陰陽離子物質(zhì)的量相當(dāng)時(shí)，以物質(zhì)的

量較多的離子計(jì)算（既可保證模擬溶液與環(huán)境腐蝕性相近，又可加速試驗(yàn)，且方便計(jì)算）。

5.2.2選用常見化學(xué)試劑。

5.2.3為確保含量較少離子濃度的模擬精度，按離子物質(zhì)的量由少到多依次配制。

5.2.4如需調(diào)節(jié)溶液pH，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氫氧化鈉、鹽酸或醋酸等調(diào)節(jié)，pH調(diào)節(jié)過

程盡量不引入體系之外的離子。

5.3如無特殊要求，試驗(yàn)溫度可選擇為25℃±1℃。

6試驗(yàn)裝置

2

T/CSCP0007—2023

6.1電化學(xué)測試裝置

6.1.1交流干擾下的電化學(xué)測試裝置如圖2所示，包括交流干擾和電化學(xué)測試兩個(gè)回路。采

用電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測試，WE表示工作電極；RE表示參比電極；CE表示輔助電極。

交流干擾部分由信號(hào)發(fā)生器提供交流信號(hào)，施加在工作電極跟對(duì)電極2（石墨棒、鉑片等）之

間，使試樣表面產(chǎn)生交流雜散電流干擾。

6.1.2電流測量儀器：采用萬用表或其它交流電流計(jì)測試或顯示交流回路中施加的交流電

流。電流表的測試精度應(yīng)不大于0.1mA。

6.1.3電容：為阻止兩個(gè)回路的相互干擾及過濾交流回路中可能存在的直流分量，交流回

路須串聯(lián)一個(gè)電容（470μF左右），避免電化學(xué)測試系統(tǒng)對(duì)交流回路產(chǎn)生干擾；

6.1.4電感：電化學(xué)測試回路須串聯(lián)一個(gè)足夠大的電感（25H左右）防止交流電對(duì)電化學(xué)

測試系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

6.1.5定值電阻：交流回路中可串聯(lián)一個(gè)電阻（10~100Ω），防止試樣表面阻抗變化引起

交流電流密度的較大波動(dòng)。

圖2交流干擾下電化學(xué)裝置示意圖

6.2浸泡腐蝕試驗(yàn)

6.2.1交流干擾下的浸泡腐蝕試驗(yàn)如圖3所示，試驗(yàn)裝置包括浸泡容器、交流信號(hào)發(fā)生器、

石墨棒等惰性輔助電極以及電流測量儀器。

6.2.2采用玻璃燒杯或有機(jī)玻璃容器等作為試驗(yàn)容器，試樣通過銅導(dǎo)線或帶螺紋鋼棒連接，

并固定于試驗(yàn)容器中，使暴露面完全浸沒于溶液介質(zhì)中。除工作區(qū)域外，其余部分均須絕緣密

封。

6.2.3采用多個(gè)平行樣時(shí)，可將多個(gè)平行樣進(jìn)行串聯(lián)，分別浸泡于不同試驗(yàn)容器中，保證

每個(gè)容器中試樣工作面與石墨輔助電極平行相對(duì)，且間距盡量保持一致。

6.2.4如對(duì)溫度有特殊要求，可將試驗(yàn)容器置于恒溫槽（如水浴鍋），在設(shè)定的恒定溫度

下進(jìn)行試驗(yàn)。

6.2.5電路連接完畢，調(diào)整輸出電壓/電流和頻率，電流大小和頻率參數(shù)設(shè)置參考現(xiàn)場監(jiān)測

值，測試特定交流雜散電流干擾下的腐蝕行為。試驗(yàn)結(jié)束后觀察腐蝕形貌、并按照本標(biāo)準(zhǔn)第9

條的公式計(jì)算平均腐蝕速率，以定量評(píng)價(jià)交流干擾下的腐蝕情況。

3

T/CSCP0007—2023

圖3交流干擾下的浸泡腐蝕裝置示意圖

7試驗(yàn)流程

7.1土壤理化性質(zhì)分析

7.1.1在軌道交通附近待評(píng)估管道或構(gòu)件周圍2米以內(nèi)，與管道相同埋深的位置取實(shí)土

1~2kg，采用自封袋裝袋密封，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)理化分析。

7.1.2取0.5~1kg左右的實(shí)土，稱重后采用烘干機(jī)烘干24h，然后稱量所剩干土的重量，

計(jì)算實(shí)土含水量。

7.1.3另取一部分實(shí)土，對(duì)土壤中的離子種類和濃度分析，具體方法詳見5.2。

7.2現(xiàn)場動(dòng)態(tài)雜散電壓、電流信號(hào)采集

7.2.1在軌道交通附近待評(píng)估管道或構(gòu)件周圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)雜散電流的監(jiān)測和檢測，測試動(dòng)態(tài)

干擾電壓和動(dòng)態(tài)雜散電流的頻率、電流大小及特征，為隨后的電化學(xué)測試及腐蝕評(píng)估提供參數(shù)

依據(jù)，詳細(xì)測試方法參見GB/T19285-2014。

7.2.2直流干擾管地電位測試。在管道正上方地面布置CSE參比電極，使用數(shù)字萬用表、

便攜式自動(dòng)平衡記錄儀記錄管地電位相對(duì)自然腐蝕電位的偏移值。

7.2.3交流干擾電壓測量。在管道正上方地面布置CSE參比電極或者直徑不小于15mm的

鋼棒，使用交流電壓表測量管道與CSE參比電極或者鋼棒之間的電壓。

7.2.4交流干擾電流密度測試。在管道附近土壤內(nèi)插入裸露面積為1cm2便攜式棒狀探頭，

使用交流電流表測試電流數(shù)值，把電流數(shù)據(jù)除以1cm2得到交流電流密度

7.3電化學(xué)阻抗測試

7.3.1試樣浸入溶液后，按照?qǐng)D2連接好電路。首先在-1.2V極化約60s以去除制樣過程

中表面生成的氧化膜；然后在開路下浸泡約15min，使電極表面達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（一般開路電位

上下波動(dòng)幅度在10min內(nèi)不超過10mV即可認(rèn)為其處于穩(wěn)態(tài)）；

7.3.2待體系穩(wěn)定后，即可進(jìn)行電化學(xué)阻抗測試。測試頻率范圍一般為100kHz到0.01Hz，

采用幅值為10mV的正弦波。

7.3.3記錄不同頻率下的擾動(dòng)電壓-電流響應(yīng)，得到電化學(xué)阻抗譜的Nyquist圖和Bode圖。

7.4動(dòng)電位極化測試

4

T/CSCP0007—2023

7.4.1動(dòng)電位極化曲線測試的試驗(yàn)裝置如圖2所示。

7.4.2從某一初始電位開始動(dòng)電位掃描至終止電位，并記錄電流隨時(shí)間的變化。測試掃描

速度為0.5mV/s，掃描范圍宜相對(duì)開路電位-0.5~1.0V。

7.4.3繪制電位-電流密度曲線，采用塔菲爾外推法得到腐蝕電流密度。

7.5浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)

7.5.1按照4.2和4.4制備試樣，每組試樣至少三塊平行試樣。

7.5.2用分析純?cè)噭┖腿ルx子水配置模擬溶液，并調(diào)整pH。

7.5.3溶液注入試驗(yàn)容器中，應(yīng)保證溶液體積與試樣表面積的比值在200ml/cm2以上。如對(duì)

溫度有需求，需將試驗(yàn)容器置于恒溫槽中，加熱到規(guī)定溫度。

7.5.4試驗(yàn)溶液達(dá)到規(guī)定溫度后，將試樣固定于試驗(yàn)容器中，按圖3接好線路，在給定的交

流干擾條件下進(jìn)行連續(xù)浸泡腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)不少于48h。

7.5.5如采用圖1(b)所示的試樣進(jìn)行交流電流下的腐蝕評(píng)定時(shí)，首先按照本標(biāo)準(zhǔn)的第4條進(jìn)

行制樣，然后稱量待測方塊試樣的原始重量M0（精確到0.0001g），采用游標(biāo)卡尺測量其暴露

面尺寸（精確到0.02μm）。

7.5.6將帶螺紋的鋼棒擰入試樣背面，采用704硅膠將試樣背面和側(cè)面以及鋼棒浸入溶液部

分密封，只保留待測暴露面，待硅膠干燥后進(jìn)行浸泡腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后首先采用金相電鏡

或掃描電鏡觀察腐蝕產(chǎn)物形貌，然后將試樣表面的密封硅膠等密封材料剝離干凈，擰下鋼棒，

采用除銹液（50%鹽酸+3-10g六次甲基四胺）除掉表面腐蝕產(chǎn)物后，采用分析天平稱量除銹后

的試樣重量M，并通過9.2中的公式計(jì)算腐蝕速率。

8試驗(yàn)結(jié)果

8.1電化學(xué)阻抗譜應(yīng)選擇合適的等效電路進(jìn)行擬合，得到電荷轉(zhuǎn)移電阻或極化電阻等參數(shù)，以

此表征材料在交流干擾下的電化學(xué)阻抗或耐蝕性大小。

8.2根據(jù)極化曲線的形狀特征，分析腐蝕機(jī)理和腐蝕類型，通過擬合得到的自腐蝕電流密度評(píng)

價(jià)材料的耐蝕性大小，初步評(píng)估腐蝕速率。

8.3浸泡試驗(yàn)結(jié)束后，分別采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)金屬表面的腐蝕形貌進(jìn)行觀察。宜對(duì)

腐蝕產(chǎn)物宏觀形貌進(jìn)行拍照，以便與清除腐蝕產(chǎn)物后的基體表面作對(duì)比。

8.4如需要對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，可采用能譜（EDS）、X射線衍射（XRD）、X射線光

電子能譜（XPS）、拉曼光譜（Ramanspectra）等方法。

8.5試驗(yàn)結(jié)束后，一般需采用除銹液除掉表面腐蝕產(chǎn)物，然后依次采用去離子水清洗、酒精或

丙酮除油、脫水、冷風(fēng)吹干，采用分析天平進(jìn)行稱重，并通過光學(xué)顯微鏡或掃描電鏡進(jìn)行腐蝕

形貌觀察分析。

8.6若腐蝕形貌表現(xiàn)為點(diǎn)蝕或蝕坑，需要對(duì)點(diǎn)蝕坑的大小、深度等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可采用

體式顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、輪廓儀等對(duì)局部腐蝕特征進(jìn)行檢測分析。如試驗(yàn)設(shè)備受限，

也可按GB/T18590測量點(diǎn)蝕深度。

9腐蝕評(píng)定

鋼制管道在交流雜散電流干擾下的腐蝕形態(tài)往往存在均勻腐蝕與點(diǎn)蝕兩種形式，試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)該采用以上兩種方法同時(shí)評(píng)定，具體方法滿足本標(biāo)準(zhǔn)體系第8、10部分的要求，也必須滿足

相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5

T/CSCP0007—2023

9.1試驗(yàn)結(jié)束后，首先根據(jù)宏觀腐蝕形貌，初步判斷腐蝕類型。若為均勻腐蝕，則通過失重法

計(jì)算平均腐蝕速率；若存在局部腐蝕形態(tài)（如點(diǎn)蝕等），則通過蝕坑大小、深度等來評(píng)價(jià)局部

腐蝕損傷程度。

9.2試驗(yàn)材料在交流干擾下的腐蝕程度、腐蝕快慢等可用平均腐蝕速率來評(píng)定，單位取mm/a。

平均腐蝕速率計(jì)算公式如下：

式中：K——腐蝕速度，g/m2.h；

S——試樣工作面積，m2；

t——試驗(yàn)時(shí)間，h；

M0——試驗(yàn)前試片的重量，g；

M——清除腐蝕產(chǎn)物后試片的重量，g；

R——年腐蝕深度，mm/a；

ρ——試驗(yàn)金屬的密度，g/cm3；

如有特殊需要，試驗(yàn)結(jié)果也可按照其它腐蝕速率單位表示，但需要在報(bào)告中說明。

9.3平均腐蝕速率取至少3個(gè)平行試樣的平均值，當(dāng)某個(gè)平行式樣的腐蝕速率與平均值相對(duì)偏

差超過30%時(shí)，應(yīng)舍棄該數(shù)值。計(jì)算結(jié)果按GB/T8170進(jìn)行數(shù)值修約，修約到小數(shù)點(diǎn)后二位。

9.4應(yīng)采用平均腐蝕速率和點(diǎn)蝕深度作為交流雜散電流干擾下的腐蝕評(píng)價(jià)方法。

9.5以較大的5-10個(gè)點(diǎn)蝕坑的平均深度作為平均點(diǎn)蝕深度，試樣表面存在的最大點(diǎn)蝕深度作

為該試驗(yàn)條件下的最大點(diǎn)蝕深度，以這兩個(gè)指標(biāo)作為評(píng)定點(diǎn)蝕程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)點(diǎn)蝕程度的

評(píng)價(jià)可參考T/CSCP0021—2017《低合金結(jié)構(gòu)鋼點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法》，也可按照國標(biāo)GB/T18590

給出的標(biāo)準(zhǔn)圖（以密度、大小和平均深度為參考指標(biāo)）對(duì)點(diǎn)蝕程度進(jìn)行評(píng)級(jí)（見附錄）。

10試驗(yàn)報(bào)告

10.1每個(gè)試驗(yàn)都應(yīng)寫入報(bào)告。

10.2試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)簡要說明試驗(yàn)結(jié)果。