刘爽，高明德，李圣争，胡新芳

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

输电线路铁塔腐蚀等级评定规则研究

刘爽，高明德，李圣争，胡新芳

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

目前电网企业对输电线路铁塔腐蚀等级没有统一的评定标准，无法在现场准确、快速对输电线路铁塔腐蚀程度进行判断，评定腐蚀等级。将铁塔塔材表面腐蚀形貌的宏观检测结果和热镀锌层剩余厚度测量结果作为评判依据，并结合相关钢材表面腐蚀程度的划分和涂层老化评级方法等标准，制定输电线路铁塔腐蚀等级评定规则。该评定规则易于掌握和应用，能够在现场快速准确对输电线路铁塔腐蚀程度进行判定。

输电线路铁塔；腐蚀；腐蚀等级；热镀锌；评定规则

0 引言

输电线路铁塔服役条件是长期露天运行，面临各类气象条件和大气腐蚀，运行环境恶劣［1］，由于环境腐蚀引起塔材失效频率呈逐年上升趋势。对于铁塔的腐蚀防护，目前主要是采用热镀锌与涂刷防腐涂料两种方式［2］。热镀锌层对基体与腐蚀环境具有隔离作用和电化学保护作用，在内陆空气干燥、洁净的环境中，防护时间可达十几年甚至几十年［3］。但处于沿海、城市或重工业污染环境时，大气中的SO2、NOx、H2S等腐蚀性气体以及强吸湿性NaCl、MgCl2等污染物质，在一定的润湿条件下，能够使热镀锌层发生电化学腐蚀［4－7］，导致热镀锌层对钢铁塔的防护时间大大缩短，严重危害电网的安全稳定运行。

目前，电网企业对于金属材料腐蚀机理的研究缺乏整体性和系统性，对铁塔腐蚀程度的评定尚无统一的参考标准。因此，需要制定评定准确、易于应用的输电线路铁塔腐蚀等级评级规则，能在现场准确地对输电线路铁塔腐蚀程度进行评定，指导制定相应的监督和维护措施，为电网的安全稳定运行提供有力的技术支持。

1 试验分析

1.1 试样准备

试验试样取自实际运行的220 kV线路铁塔塔材，规格为L100×10、L80×5，材质为Q235、Q345，取样线路实际投运时间已达到15年，运行环境为重工业环境和城市环境，大气中SO2、NOx、H2S等腐蚀性气体污染物含量较高，属于e级污区（据2011版山东电力系统污区分布图）。

1）轻微腐蚀试样：塔材表面热镀锌层基本完整，局部位置存在开裂和小面积剥落区域，整体表面可能出现单个锈点，如图1所示。

2）部分腐蚀试样：塔材表面热镀锌层存在多处剥落、开裂，局部位置基体已经被腐蚀，整体表面出现不连续的可见锈点和泛锈区域，如图2所示。

3）完全腐蚀试样：塔材表面热镀锌层已基本脱落或被腐蚀，布满大量可见锈点和大面积红锈区域，基体已被腐蚀，如图3所示。

另从取样线路塔材备品中选取同批次、同规格的塔材作为对比试样，如图4所示。

图1 轻微腐蚀试样宏观形貌

图2 部分腐蚀试样宏观形貌

图3 完全腐蚀试样宏观形貌

图4 对比试样宏观形貌

1.2 试验方法

采用OXFORD CMI233型热镀锌层测厚仪，对四组试样表面热镀锌层厚度、表面腐蚀产物层厚度进行测量。采用美国AMRAY1830／34-J-77扫描电子显微镜和EDS能谱对三组试样表面和截面的微观形貌以及组成元素进行分析，加速电压为20.0 kV。

采用无公害综合防治技术进行病虫害防治，确保高产、高质、高环保效应。对印度紫檀和金花茶病害主要用波尔多液及其他铜制剂等低毒无残留无公害的药液喷洒防治，并做好田间清洁，消除病原菌；对虫害防治主要用Bt、杀虫双等低毒无残留无公害农药，兼顾使用杀虫灯、黄板进行诱杀害虫。尽量减少农药使用量和次数。

2 试验结果与讨论

2.1 试样表面热镀锌层及腐蚀产物厚度

三组试样表面热镀锌层及腐蚀产物厚度测量结果见表1，每个试样表面共测5点，计算平均值。

表1 试样表面热镀锌层、腐蚀产物厚度μm

从表1的测量结果中可以看出，原始塔材热镀锌层厚度平均值在110 μm左右，符合GB／T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》对塔材热镀锌层厚度的要求。轻微腐蚀试样的平均热镀锌层厚度为36.46 μm，为原始热镀锌层厚度的1／3左右；部分腐蚀试样热镀锌层的厚度为14.44 μm，只有原始热镀锌层厚度的1／9左右，而腐蚀区域的腐蚀产物厚度为47.9 μm；完全腐蚀试样的腐蚀产物厚度为145.8 μm。

2.2 完全腐蚀表面、截面微观形貌及成分分析

图5为完全腐蚀试样表面的微观形貌，存在大量的孔洞和裂纹；图6为完全腐蚀试样截面的微观形貌，腐蚀产物中有较大的腐蚀孔洞，基体已经被严重腐蚀。表2为完全腐蚀试样表面和截面的能谱检测结果。

图5 完全腐蚀试样表面SEM形貌

图6 完全腐蚀试样截面SEM形貌

表2 完全腐蚀表面及截面EDS能谱分析结果%

根据表2，完全腐蚀试样表面和截面的成分基本一致，主要是Fe的腐蚀产物及表面热镀锌层被腐蚀后的腐蚀产物。

2.3 部分腐蚀表面、截面微观形貌及成分分析

图7为部分腐蚀试样热镀锌层区域表面微观形貌，热镀锌层区域存在网状微观裂纹，部分区域有腐蚀孔洞。图8为部分腐蚀试样表面腐蚀区域微观形貌，腐蚀区域表面存在大量的微观裂纹和孔隙。

图7 部分腐蚀试样热镀锌层表面SEM形貌

图8 部分腐蚀试样腐蚀区域表面SEM形貌

图9、图10分别为部分腐蚀试样热镀锌层区域、腐蚀区域截面的微观形貌。图9热镀锌层区域截面形貌，热镀锌层剩余厚度较低，部分位置基体已经裸露；图10部分腐蚀试样腐蚀区域截面有较多腐蚀坑，热镀锌层已经消失，基体已经被腐蚀。表3为部分腐蚀表面及截面能谱检测结果。

图9 部分腐蚀试样热镀锌层截面SEM形貌及EDS检测位置

图10 部分腐蚀试样锈蚀区域截面SEM形貌及EDS检测位置

根据表3能谱检测结果，部分腐蚀试样热镀锌层区域表面与截面1点处的成分基本一致，主要以热镀锌层的腐蚀产物为主，截面2点处的成分主要热镀锌层靠近基体形成的ZnFe合金成分，截面3点处为试样基体。部分腐蚀试样腐蚀区域表面与截面1、2点处的成分基本一致，主要以基体的腐蚀产物和热镀锌层腐蚀产物为主，截面3点处为试样基体。S、Cl元素为腐蚀介质，从S、Cl元素在截面上的分布看，部分腐蚀试样热镀锌层区域和腐蚀区域都存在，说明腐蚀介质已经通过表面的裂纹和孔隙渗入到与基体结合的部位，热镀锌层区域对基体的保护能力有限，而腐蚀区域已失去对基体的保护，基体已经被腐蚀。

表3 部分腐蚀表面及截面EDS能谱检测结果%

2.4 轻微腐蚀表面、截面微观形貌及成分分析

图11为轻微腐蚀试样表面微观形貌，热镀锌层完整，存在少量的裂纹和孔隙。图12为轻微腐蚀试样截面微观形貌，热镀锌层完整致密，厚度分布不均。表4为轻微腐蚀试样表面和截面能谱检测结果。

图11 轻微腐蚀试样表面SEM形貌

图12 轻微腐蚀试样截面能谱检测图

根据表4，轻微腐蚀试样表面与截面1点处的成分基本一致，主要以热镀锌层及其腐蚀产物为主，截面2、3点处的成分主要是热镀锌层的成分。截面1、2点处与部分腐蚀试样热镀锌区域截面2点处的成分类似，在截面上同样能够发现S、Cl元素，说明腐蚀介质已经通过表面的裂纹和腐蚀孔隙渗入到轻微腐蚀试样的热镀锌层内部，但尚未到达与基体结合的位置，热镀锌层仍能够对基体形成有效保护。

表4 轻微腐蚀表面及截面EDS能谱检测结果%

2.5 试验结果分析

综合上述试验结果，轻微腐蚀试样热镀锌层基本完整，平均厚度为36.46 μm，能够阻挡S、Cl等腐蚀介质对基体的腐蚀，对基体形成有效保护；部分腐蚀试样热镀锌层区域已不完整，平均厚度为14.44 μm，并且表面存在网状裂纹和腐蚀孔洞，对S、Cl等腐蚀介质的阻挡能力下降，对基体的保护有限。而部分腐蚀试样的腐蚀区域和完全腐蚀试样相同，表面热镀锌层已完全消失，表面主要覆盖疏松的热镀锌层和基体的腐蚀产物，S、Cl等腐蚀介质能够直接腐蚀基体，无法对基体进行保护。

3 腐蚀等级评定规则的制定

根据上述对实际运行的输电线路铁塔塔材的试验结果，结合GB／T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》对塔材热镀锌层厚度的规定，制定腐蚀等级评定规则，见表5。

为确保评定规则易于掌握和熟练运用，借鉴标准GB／T 1766—2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》的评级规则的表示方法，以0至3的数字等级来评定腐蚀等级，0表示无腐蚀，1表示轻微腐蚀，2表示部分腐蚀，3表示完全腐蚀。同时，可以采用中间的半级来对所观察到的腐蚀等级进行更准确的评定，如存在腐蚀程度不同的现象，应以腐蚀程度严重的级别为评定结果，以文字表述其不均匀性。

表5 输电线路铁塔腐蚀等级评定规则

4 结语

制定腐蚀等级评定规则，将腐蚀等级划分为无腐蚀、轻微腐蚀、部分腐蚀和完全腐蚀。

轻微腐蚀塔材表面呈灰色或深灰色，热镀锌层完整，个别位置存在单个锈点。随机检测热镀锌层剩余厚度平均值不小于35 μm，不低于GB／T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》对热镀锌层厚度规定值的30%，能够对基体形成有效保护。在实际运行条件下，仍然能够继续保护基体，进行常规的运行监督。

部分腐蚀塔材表面呈灰色或暗灰色，热镀锌层部已不完整，局部出现腐蚀区域或连续多个锈点。随机检测热镀锌层剩余厚度平均值小于15 μm，低于GB／T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》对热镀锌层厚度规定值的10%，热镀锌层能够对基体已经无法形成有效保护。在实际运行条件下，基体将被腐蚀，需将腐蚀情况上报并缩短巡视周期并监督运行，列入年度检修计划，进行防腐处理。

完全腐蚀塔材表面呈棕红色，热镀锌层已基本消失，基体大面积裸露，布满大量可见锈点或存在大面积红锈区域。在实际运行条件下，基体将被快速腐蚀，需将腐蚀情况上报并立即进行表面防腐或者更换处理。

［1］何长华.输电线路铁塔用钢的发展趋势［J］.电力建设，2010，31（1）：45-48

［2］李金桂，赵闺彦.腐蚀和腐蚀控制手册［M］.北京：国防大学出版社，1988.

［3］陈云，强春媚，王国刚，等.输电铁塔的腐蚀与防护［J］.电力建设，2010，31（8）：55-58.

［4］PAREJA R Romero，IBANEG R Lopez，MARTIN F，et al.Corrosion Behavior of Zirconia’s Barrier Coatings on Galvanized Steel［J］. Surface&Coatings Technology，2006，200（22）：6606-6610.

［5］SHIBLI S M A，JAYALEKSHMI A C，REMYA R.Electrochemical and Structural Characterization of the Mixed Oxides-reinforced Hot-dip Zinc Coating［J］.Surface&Coatings Technology， 2007，201（16－17）：7560-7565.

［6］BASTOS A C，FERREIA M U S，SIMOES A M.Comparative Electrochemical Studies of Zinc Chromate and Zinc Phosphate as Corrosion Inhibitors for Zinc［J］.Progress in Organic Coatings，2005，52（4）：339-350.

［7］ARAMAKI K.The Inhibition Effects of Chromate-free，Anion Inhibitors on Corrosion of Zinc in Aerated 0.5 M NaCl［J］.Corrosion Science，2001，43（6）：591-604.

Evaluation Rule Study on Corrosion Degree of Transmission Towers

LIU Shuang，GAO Mingde，LI Shengzheng，HU Xinfang
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

At present，a uniform assessment standard of transmission towers corrosion degree in power enterprises is not exist，which results in corrosion level not to be judged accurately and quickly at the scene.Taking the tower material surface corrosion morphology and hot dip galvanized layer remaining thickness as basis，and combined with correlation standards such as the assessment of corrosion degree of steel surface and the ranking method of the coating aging，the evaluation rule of corrosion degree for transmission line towers is formulated，which is grasped and applied easily，and can determine the corrosion degree fast and accurately.

transmission line tower；corrosion；degree of corrosion；hot dip galvanized coating；evaluation rule

TG179；G307

A

1007－9904（2016）11－0028－04

2016-05-29

刘爽（1982），男，高级工程师，从事电力金属材料监督检验、电站和电网重要金属部件失效分析、电网材料腐蚀与防护、电力金属材料检测等方面的工作。