不同陰極極化條件對L245的SRB腐蝕行為影響

李鑫，尚東芝，李子墨，姜有文，陳長風

不同陰極極化條件對L245的SRB腐蝕行為影響

李鑫1,2，尚東芝1，李子墨1，姜有文3，陳長風1

（1.中國石油大學（北京），北京 102249；2.中國石油管道局工程有限公司，河北 廊坊 065000；3.國家管網(wǎng)北方管道公司，河北 廊坊 065000）

通過模擬試驗研究SRB環(huán)境中不同極化電位下L245管線鋼微生物腐蝕（MIC）行為差異，探索極化電位對MIC過程的影響規(guī)律和微觀機理。采用靜態(tài)浸泡法研究了施加4種不同極化電位條件下的L245電極試樣在SRB環(huán)境中浸泡腐蝕7 d過程。利用細菌計數(shù)法分析微生物膜中固著細菌數(shù)量隨極化電位的變化情況，通過開路電位測量、電化學交流阻抗（EIS）技術(shù)，分析微生物膜隨電位的變化情況。利用掃描電鏡（SEM & EDS）和聚焦離子束掃描電鏡（FIB–SEM&EDS）分析膜表面和縱截面結(jié)構(gòu)變化和元素成分分布。利用激光共聚焦顯微鏡（CLSM）對膜下點蝕坑隨電位變化情況進行了統(tǒng)計分析。弱陰極極化條件下，–0.75 V（vs. sce）和–0.875 V（vs. sce）明顯促進了 SRB 的代謝活動，SRB細菌個體在材料表面的吸附和生長得到促進，膜中固著SRB數(shù)量大幅增加，細菌個體外圍被硫化物和有機物覆蓋，膜下點蝕程度隨電位負移而加劇。–0.875 V（vs. sce）條件下表現(xiàn)相對更明顯。隨著電位負移，膜厚逐漸增大，S、P等代謝活動元素含量隨之增高。強陰極極化條件下，–1.05 V（vs. sce）使SRB代謝活性得到抑制，固著細菌數(shù)目明顯減少，點蝕現(xiàn)象基本消失。弱陰極極化作用有助于增加SRB腐蝕的傾向，強極化電位則抑制了細菌的代謝活性，減緩了點蝕。揭示了陰極極化電位通過影響膜中SRB代謝活性和數(shù)量促使點蝕程度加劇的機理。SRB代謝活性的增強和膜下點蝕的發(fā)生是SRB從金屬表面直接獲取電子而導致的結(jié)果。

陰極極化；SRB微生物膜；聚焦離子束掃描電鏡；膜截面；點蝕

硫酸鹽還原菌（SRB）是影響微生物腐蝕的主要類群之一[1-2]。SRB腐蝕金屬可分為化學間接腐蝕（CMIC）和電化學直接腐蝕（EMIC）[3]。間接腐蝕是利用產(chǎn)生硫化氫[4-5]或其他酸性生物腐蝕金屬[6]。直接腐蝕是直接消耗陰極氫和直接汲取金屬電子獲取能量[7]。腐蝕學者平時注重研究自然條件下的MIC，而油氣管道、儲罐通常處在陰極保護狀態(tài)下，極化產(chǎn)生的電勢誘導作用會使表面電化學狀態(tài)發(fā)生改變，從而對SRB的表面吸附以及代謝活性產(chǎn)生影響[8-10]。Chen[11]研究了X70管線鋼在無菌和SRB環(huán)境中的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)在無菌環(huán)境中X70鋼的最佳保護電位為–775 mV（vs. Cu/CuSO4），而在含菌條件下該值不能有效抑制陽極反應，可見施加常規(guī)陰保電位使微生物腐蝕發(fā)生的風險增大?，F(xiàn)場表明，環(huán)境中SRB的存在影響了管道最佳保護電位的選擇，《GBT 21448—2017埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》[12]指出，在含有SRB以及其他腐蝕性細菌環(huán)境中，管道陰極保護電位p應該在?850 mV（vs. Cu/CuSO4），即?770 mV（vs. SCE），甚至更負。

金屬施加陰保電位后，表面產(chǎn)生電子富集層，根據(jù)EMIC理論SRB從表面直接得電子參與自身生命代謝活動，同步產(chǎn)生的溶解H可作為SRB用作電子載體的電子介質(zhì)，在適當電位下陰極氫會促進氫化酶菌的生長[13-15]。研究表明，電極電勢是影響電極表面和具有電活性SRB細胞之間電子傳遞的重要因素[16-17]。

本工作針對不同陰極極化電位下的L245管線鋼SRB腐蝕過程，采用恒電位陰極極化開路電位、電化學交流阻抗譜（EIS）電化學方法，結(jié)合FIB– SEM&EDS、CLSM等技術(shù)，輔以細菌計數(shù)法表征4種不同極化電位（OCP、?0.75、?0.875、?1.05 V，vs. sce）下試樣表面微生物膜特征及介質(zhì)–金屬–微生物膜間界面現(xiàn)象，探索不同極化電位下SRB生長代謝狀況以及試樣表面的腐蝕行為差異，并以相同條件在無SRB環(huán)境下做空白對照試驗。

1 試驗

1.1 試驗材料與試劑

將L245管線鋼加工成10 mm×5 mm的圓盤作為工作電極，化學成分見表1。使用之前，為了防止偏析效應造成試樣表面狀態(tài)不均勻，進行正火處理。顯微組織為均勻分布的鐵素體和珠光體。電極導線連接面由環(huán)氧樹脂密封，工作面用400#—1500#SiC砂紙逐級打磨拋光，用超純水、無水乙醇依次超聲清洗，去除電極表面的附著雜質(zhì)。高純N2吹干，放到超凈臺紫外燈下殺菌45 min，密封待用，同時確保試驗過程中無雜菌污染。

表1 L245母材元素成分

Tab.1 Chemical compositions of the experimental steels L245 wt.%

SRB菌種取自中國西南某頁巖氣田，提純培養(yǎng)備用。溶液選自API推薦的培養(yǎng)基，溶液按照1 L去離子水配比0.5 g KH2PO4+1.0 g NH4Cl+2.0 g CaSO4+ 2.0 g MgSO4·6H2O+3.5 mg乳酸鈉+1.0 g酵母粉。將溶液置于小瓶中并在121 ℃下高壓滅菌20 min，冷卻后放入紫外超凈臺中，通氮氣2 h除氧，密封備用。使用前，密閉厭氧箱內(nèi)接種，溫度37 ℃箱內(nèi)培養(yǎng)72 h，培養(yǎng)基逐漸變黑，并有臭雞蛋味氣體揮發(fā)。

1.2 電化學測試

在37 ℃的SRB溶液環(huán)境中，電化學試驗為三電極體系，將制備試樣置于反應瓶中，暴露環(huán)氧樹脂外10 mm的圓形面積，對電極為10 mm×10 mm鉑片，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），用鹽橋連接。整個反應瓶用凡士林密封。將CP設定為開路電位（OCP）、?0.75、?0.875、?1.05 V（vs. sce），分別連續(xù)浸泡7 d。其裝置如圖1所示。試驗前所用溶液、容器、電極等均經(jīng)紫外燈照射滅菌處理，以免雜菌污染。開路電位及電化學阻抗EIS在電化學工作站（CHI 660D）上進行。

圖1 電化學體系試驗裝置圖

1.3 表面形貌和腐蝕產(chǎn)物測試

對不同電位下極化7 d的試樣取出后進行微生物固定及脫水處理。滅菌PBS溶液沖洗，然后立即放入5%的戊二醛固定120 min，再用質(zhì)量分數(shù)為50%、70%、90%、99%的乙醇逐級脫水15 min，干燥噴金。使用掃描電鏡（SEM，KYKY–EM6X00）對腐蝕產(chǎn)物膜表面狀態(tài)進行分析，聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB–SEM，Crossbeam 540）對膜截面結(jié)構(gòu)和成分進行分析。

1.4 SRB含量分析

根據(jù)美國材料試驗協(xié)會（ASTM）標準D4412–84，采用最可能數(shù)法（MPN）對培養(yǎng)基中浮游性SRB和固著性SRB進行計數(shù)分析。對于浮游性SRB，在培養(yǎng)液抽取使用多次稀釋法測量。對于固著性SRB，使用滅菌刷刮下生物膜劃入盛有10 ml的磷酸鹽緩沖生理鹽水（PBS）溶液的離心管中振蕩處理，后續(xù)與測量浮游SRB細菌數(shù)的方法相同。

1.5 膜下點蝕情況分析

為觀察試樣微生物膜下點蝕形貌，將試樣在500 mL鹽酸+500 mL H2O+3.5 g六次甲基四胺中進行處理。利用掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡（CLSM，OLS4100– SAF）對膜下表面點蝕坑進行統(tǒng)計分析，研究不同極化電位下點蝕特征差異和發(fā)展規(guī)律。

2 試驗結(jié)果

2.1 電化學結(jié)果

通過開路電位測量和電化學阻抗譜來說明腐蝕產(chǎn)物膜狀態(tài)結(jié)構(gòu)隨極化電位的變化。如圖2所示，4組試樣施加不同陰極電位1 d后，開路電位值開始降低，3～5 d時段內(nèi)變化相對劇烈，推斷該階段界面處發(fā)生了較為復雜的生物電化學反應，說明電活性SRB的生命代謝活動受到了極化電位影響。從OCP到?0.875 V（vs. sce），相同時段內(nèi)開路電位值總體呈下降趨勢，說明腐蝕傾向性增大。?0.875 V（vs. sce）電位下負移程度最大，且波動劇烈，推斷該電位值下腐蝕傾向性最大，?0.75 V（vs. sce）電位下次之。?1.05 V（vs. sce）電位下試樣在浸泡過程中開路電位值甚至比OCP條件下偏正，且波動變化相對平穩(wěn)，說明腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)特征變化不大，可以初步判定?1.05 V（vs. sce）電位下試樣表面腐蝕傾向性降低，可有效抑制SRB腐蝕。

圖2 不同極化電位下試樣浸泡過程中開路電位EOCP的變化趨勢

圖3為試樣在開路電位下的Nyquist圖和Bode圖。根據(jù)阻抗譜的特點擬合形成中帶有2個時間常數(shù)的擬合電路，如圖4所示。其中，s為溶液電阻，f為腐蝕產(chǎn)物膜電容，f為腐蝕產(chǎn)物膜電阻，dl為雙電層電容，ct為電荷轉(zhuǎn)移電阻。電路擬合的ct值見表2，f值見表3。界面處電化學過程的影響因素主要包括腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化、雙電層的電荷轉(zhuǎn)移過程等。在OCP、?0.75、?0.875 V（vs. sce）3個反應體系中，隨著電位負移，容抗弧變化總體呈減小趨勢。施加?1.05 V（vs. sce）后，容抗弧又出現(xiàn)變大。Xu等[18]研究了Q235在施加陰極極化過程中生物膜的變化情況，在初始浸泡階段，SRB的存在抑制了表面腐蝕，到中、后期生物膜增厚，膜內(nèi)微生物又促進了點蝕發(fā)展。

圖3 4種不同極化電位下試樣Nyquist和Bode圖隨時間變化曲線

圖4 SRB介質(zhì)中阻抗譜擬合電路

表2 不同極化電位下阻抗譜擬合得到的ct值

Tab.2 The Rct values obtained from analysis of the electrode impedances Ω·cm2

表3 不同極化電位下阻抗譜擬合得到的f值

Tab.3 The Qf values obtained from analysis of the electrode impedances F/cm2

相比于OCP體系，施加陰極極化電位下浸泡初期的24 h內(nèi)，隨著施加電位負移，ct呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，f值隨之增大，生物膜的電荷轉(zhuǎn)移能力逐步增強。在初期溶液中由于SRB濃度較低對電極表面攻擊性較弱，陰極極化的保護效果還能起到主導作用。在3～4 d時，SRB含量達到高濃度，生命代謝活動加強，此時?0.75、?0.875 V（vs. sce）體系中試樣表面腐蝕產(chǎn)物膜變厚，為膜中SRB提供了適宜的封閉環(huán)境，大量固著細菌通過直接得電子方式從Fe獲得電子，此時ct處于低值區(qū)間，對應的f處于高值區(qū)間，說明膜轉(zhuǎn)移電子能力增強，表面腐蝕程度加劇。在?1.05 V（vs. sce）電位下，ct轉(zhuǎn)為相對最大值，f轉(zhuǎn)為相對最小值，說明腐蝕程度明顯減弱。在6～7 d時，SRB的代謝達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，陰極極化電位下的微生物膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均發(fā)生變化。ct值和f量總體波動趨勢表明極化電位和MIC之間緊密聯(lián)系。

2.2 腐蝕產(chǎn)物膜表面結(jié)果

圖5是極化7 d后的試樣SEM&EDS分析結(jié)果。在OCP條件下，可清晰觀察到電極表面產(chǎn)生的稀疏團簇，SRB個體和胞外聚合物呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，S質(zhì)量分數(shù)達到13.46%；?0.75 V（vs. sce）條件浸泡下，胞外聚合物的表面分布密度明顯增大，腐蝕產(chǎn)物膜中S質(zhì)量分數(shù)達14.25%，稍有提高；?0.875 V（vs. sce）條件下，腐蝕產(chǎn)物膜已覆蓋全部表面，可見少量點蝕坑，SRB代謝的硫化物持續(xù)增多，S質(zhì)量分數(shù)達19.28%，說明SRB在該電位下生命活動得到加強。?1.05 V（vs. sce）下，腐蝕產(chǎn)物膜由于礦化顯得更加致密，存在少量EPS團簇附著，S質(zhì)量分數(shù)降至1.85%，C含量保持穩(wěn)定，O、P元素明顯增加，推測生成了碳酸鹽、磷酸鹽等無機質(zhì)，說明此電位使SRB生命活動大大減弱，但并未得到完全抑制。

圖5 不同陰極保護電位下浸泡7 d的表面腐蝕產(chǎn)物SEM&EDS分析

2.3 腐蝕產(chǎn)物膜截面結(jié)果

選取?0.875 V（vs. sce）和?1.05 V（vs. sce）電位下試樣腐蝕產(chǎn)物膜截面進行FIB–SEM觀測。如圖6所示，?0.875 V（vs. sce）試樣膜內(nèi)部明顯疏松，且厚度不均勻，為5～10 μm。EDS分析顯示，膜外層富含C、P、O、S元素，一般被認為是EPS等有機物和碳酸鹽、磷酸鹽的聚集。膜內(nèi)層Fe和S在產(chǎn)物膜與金屬界面處的存在，則被認為是FeS產(chǎn)物。圈內(nèi)中心部位有C、O、S、P等生命元素富集，推測為SRB個體固著膜內(nèi)，上層基本被硫、磷化物等覆蓋，下層貼近金屬表面。為進一步證實細菌個體的存在，對其及周邊環(huán)境進行元素線掃描，C、P、O、S、Ca分布線出現(xiàn)凸起，見圖7。

圖6 ?0.875 V（vs. sce）電位下生物膜橫截面的FIB–SEM&EDS分析結(jié)果

圖7 ?0.875 V（vs. sce）陰保電位下固著SRB細胞截面線掃描元素分布

圖8和圖9顯示，?1.05 V（vs. sce）下腐蝕產(chǎn)物厚度約達20 μm，明顯增厚。根據(jù)EDS線掃描結(jié)果，從表層到內(nèi)層C含量逐漸降低，外層P元素分布豐富，所以進一步推斷表面并非只含有有機質(zhì)的EPS。圖9顯示Ca的大量積累表明隨著電位負移發(fā)生進一步礦化，推測形成了無機鈣質(zhì)層物質(zhì)[19]。因為強陰極極化電位下產(chǎn)生的電流會促進鈣質(zhì)層如Ca3(PO4)2、CaCO3等無機產(chǎn)物生成。無論環(huán)境中存在SRB與否，極化條件下的腐蝕產(chǎn)物膜必然存在C元素。含SRB的環(huán)境中，隨著陰極電位負移，使電極表面腐蝕產(chǎn)物由硫酸鹽逐漸向碳酸鹽轉(zhuǎn)變[20]，C增加說明轉(zhuǎn)化成碳酸鹽的量也隨之增加[21]。FIB切面并未發(fā)現(xiàn)膜中存在SRB細胞個體存在。

hco3–+oh–→h2o+co32–(1)

ca2++co32–→caco3↓ (2)

圖8 ?1.05 V（vs. sce）陰保電位下生物膜橫截面的FIB–SEM圖像和線元素分析

圖9 ?1.05 V（vs. sce）陰保電位下生物膜橫截面的 SEM 圖像和面元素分布

2.4 SRB個體數(shù)量結(jié)果

圖10顯示了施加不同陰保電位7 d后的微生物膜中固著細菌和浮游細菌數(shù)量差異。圖10a計數(shù)結(jié)果表明，膜內(nèi)固著細菌數(shù)量隨電位負移呈先升高后降低的趨勢。OCP下的膜內(nèi)固著細胞計數(shù)為3.5×106cells/cm2。在?0.75、?0.875 V（vs. sce）的電位影響下，固著細胞計數(shù)升至107水平，到?1.05 V（vs. sce）降至104的量級。這表明陰極電位一定程度地施加可以刺激電極表面SRB細胞活性，增加其新陳代謝及繁殖能力。隨著電位負移，膜中SRB細胞數(shù)量有所增加，但是當極化電位過負時，膜中細菌個體數(shù)量迅速減少。圖10b顯示了?0.75～ ?1.05 V（vs. sce）下溶液環(huán)境中浮游細胞計數(shù)，從起初的105級別緩慢增長，穩(wěn)定在106級別再無明顯變化，說明外加極化電位對培養(yǎng)基中的浮游細胞計數(shù)產(chǎn)生的影響并不大。

2.5 膜下點蝕坑結(jié)果

去除腐蝕產(chǎn)物后，利用SEM和CLSM分別對表面腐蝕坑狀態(tài)和最大點蝕坑深度進行分析。圖11和圖12顯示，OCP條件下點蝕坑分布分散，最大點蝕深度約為7 μm。在?0.75和?0.875 V（vs. sce）下，觀察到表面點蝕程度相對嚴重且集中，最大點蝕深度達到20 μm以上。隨著電位降至?1.05 V（vs. sce），雖然局部腐蝕特征依然存在，但點蝕程度和分布密度均明顯變小，最大點蝕深度降至4 μm，試樣表面大部分區(qū)域清晰可見制備試樣時的細微劃痕，說明在強極化電位下表面均勻腐蝕已基本被抑制。

圖11 不同陰極電位下去除腐蝕產(chǎn)物后的微生物腐蝕形貌

圖13對有菌和無菌環(huán)境下的均勻腐蝕速率做了對比。無菌環(huán)境下，極化電位的施加起到有效保護作用，均勻腐蝕速率得到抑制。SRB環(huán)境下，弱極化電位加劇了MIC引發(fā)的點蝕，從而導致腐蝕速率增加。強極化電位?1.05 V（vs. sce）下，腐蝕速率得到明顯控制。

圖12 不同極化電位下的試樣最大點蝕坑深度對比圖

圖13 無菌（a）和有菌（b）條件下腐蝕速率圖

3 討論與分析

金屬施加陰極極化電位后，表面形成電子富集層，使電子轉(zhuǎn)移電阻大大降低，導致金屬陽極電子轉(zhuǎn)移電流密度相應增大，這非常利于為SRB代謝提供所需能量。鑒于SRB具有電活性[22]，細菌個體在極化電位影響下會更加積極地附著金屬表面，生產(chǎn)EPS成膜，圖14所示。根據(jù)EMIC理論，膜封閉環(huán)境和極化電位提供的電子非常利于為膜中SRB個體代謝，使固著細菌數(shù)量增加[23-25]。同時，高濃度的EPS對Fe2+具有絡合作用，能夠促進Fe的陽極溶解[26]。極化條件下的微生物膜結(jié)構(gòu)使電子轉(zhuǎn)移電阻大大降低，金屬陽極電子轉(zhuǎn)移電流密度相應增大，從而誘發(fā)嚴重點蝕[27]。本研究認為SRB與極化電極之間的直接電子傳遞是造成試驗結(jié)果的主要原因。

圖14 點蝕坑形成機理示意圖

一般認為，弱陰極極化作用有助于增加SRB腐蝕的傾向[29]。從EMIC理論講，在外加電位影響下，具有納米線結(jié)構(gòu)的SRB可以直接與極化電極相互作用從電極表面得電子增強其代謝能力，具有跨膜電子傳遞機構(gòu)的電活性SRB生物膜可以利用電子傳遞載體間接從電極金屬獲取電子；一些電子傳遞介質(zhì)如維生素B12、核黃素、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）等內(nèi)生型介質(zhì)，可從受陰極極化的金屬表面獲取電子，間接將電子通過膜蛋白物質(zhì)轉(zhuǎn)移至SRB細胞中，微生物腐蝕產(chǎn)物Fe–S物質(zhì)也可作為 SRB 的電子傳輸通道，從而促進細菌代謝活性，過程中產(chǎn)生酸類物質(zhì)（H2S或CO2）對金屬表面造成局部的直接腐蝕[30]?？梢?，直接和間接電子傳遞在極化電位的影響下均可造成金屬溶解[31-32]，如圖15所示。從CDT理論講，因為弱極化條件可以發(fā)生陰極還原反應產(chǎn)生H，從而為SRB個體提供能量和物質(zhì)供應[33-35]。在強極化電位（?1.05 V，vs. SCE）作用下，雖然強電位從提供電子角度可以激發(fā)SRB生命活性，但是電極表面會發(fā)生強烈的析氫現(xiàn)象，使周邊變?yōu)閺妷A性環(huán)境，其成因見反應式（3）—（5）。當pH>9.0時，不利于普通SRB個體的生長和代謝，所以MIC導致點蝕現(xiàn)象會基本消失[36]。

2h2o→o2+4h (3)

o2+2h2o+4e?→4oh?(4)

2h2o+2e?→2oh?+h2(5)

從工程角度講，SRB環(huán)境下施加弱陰極保護電位，可能會增加管材MIC腐蝕穿孔的風險。但施加強陰極保護電位，產(chǎn)生的大量溶解H會增加管道的氫脆風險。含SRB菌環(huán)境中如何選擇適宜陰保電位值還需根據(jù)材料和環(huán)境的不同做具體研究。

圖15 陰保電位與SRB生命活動之間的反應示意圖[28]

4 結(jié)論

1）陰極極化電位與SRB代謝活性和點蝕程度密切相關(guān)。弱陰極極化條件下，?0.75 V（vs. sce）和?0.875 V（vs. sce）明顯促進了SRB的代謝活動，加劇點蝕程度。弱陰極極化電位可促進SRB細菌個體在材料表面的吸附和生長，使得腐蝕產(chǎn)物膜中SRB固著數(shù)量大幅增加。?0.875 V（vs. sce）條件下表現(xiàn)最為明顯。

2）弱陰極極化電位作用下，腐蝕產(chǎn)物膜固著的SRB細胞被硫化物和有機物覆蓋，隨著電位負移，膜厚度逐漸增大，S、P等生命活動元素含量增高。SRB代謝活性的增強和膜下點蝕的發(fā)生是SRB直接從金屬表面得電子形成的結(jié)果。

3）強陰極極化條件?1.05 V（vs. sce）作用下，固著SRB細菌的生命活性得到抑制，細菌數(shù)目明顯減少，對應的點蝕現(xiàn)象基本消失。強極化電位可通過改變環(huán)境抑制細菌的代謝活性，從而減緩點蝕。主要原因是析氫反應產(chǎn)生的強堿環(huán)境抑制了SRB生長。

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SRB Corrosion Behavior of L245 Pipeline Steel with Different Cathode Polarization Potential

1,2,1,1,3,1

(1. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. China Petroleum Pipeline Bureau, Hebei Langfang 065000, China; 3. Pipe China North Pipeline company, Hebei Langfang 065000, China)

The influence of cathode polarization on sulfate-reducing bacteria (SRB) corrosion behavior of pipeline steel has gained great attention from corrosion industry. The difference of microbial corrosion behavior of L245 pipeline steel with different cathodic polarization potentials in SRB containing environment was studied by simulation experiment, and the influence rule and microscopic pitting mechanism of the microbiologically influenced corrosion (MIC) process with polarization potential were explored. Laboratory tests were conducted to elucidate the cathodic reactions and MIC process by different potentiostatic cathodic polarization (OCP, –0.75 V, –0.875 V, –1.05 V) of L245 steel specimens for 7 days. MPN method were used to analyse sessile SRB quantity variation and its metabolism in biofilm, electrochemical measurements method such as open circuit potentiometry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied to analyse the development and changes of morphology and composition of the corrosion product film. In order to investigate the surface and inner composition and structural changes, corrosion products film were cross-sectioned and detected by scanning electron microscope (SEM) and focused ion beam-scanning electron microscope (FIB-SEM&EDS) respectively. Laser scanning confocal microscope (CLSM) were used to analysis the difference of pitting behavior happening under the biofilm with different polarization potentials. This study focuses on MIC process, biofilm development and pitting corrosion caused by an SRB consortium with different CPs using FIB-SEM. Several concluding findings are listed as below: Proliferation of SRB bacteria was not inhibited in the presence of cathodic polarization and corrosion continued in the localized regions under biofilm. With the mild cathode polarization, applying –0.75 V and –0.875 Vsignificantly could promote the SRB metabolic activity, strengthen the adsorption and growth of SRB on the surface of the electrode, greatly increased the number of sessile SRB in biofilm, so the pitting degree was aggravated accordingly, The result at ?0.875 V was the more significant. Sessile SRB cells, in the corrosion product film formed at mild polarization potentials, were covered with sulfide and organic substance. With the potentials changing from OCP to ?0.875 V, the thickness of biofilm gradually increased, and the content of bacterial metabolite elements such as S, P also increased. With the condition of strong cathode polarization ?1.05 V, the upper layer of the corrosion product film was enriched with C, O, Ca elements, which mean that mineralization has occurred. The metabolic activity of SRB was inhibited and the number of sessile SRB cells decreased significantly, so the pitting phenomenon disappeared accordingly. The strong polarization potential inhibited the metabolic activity of bacteria and prevented pitting corrosion happening.The mild cathodic polarization ocould increase the MIC tendency of SRB, while the strong polarization potential inhibited the metabolic activity of bacteria and prevented the pitting corrosion occurring. The mechanism that the pitting degree was aggravated by the effect of cathode polarization potential on the metabolic activity and quantity of sessile SRB in biofilm was revealed. The enhancement of metabolic activity of SRB underneath the biofilm are the results of SRB's direct acquisition of electrons from the metal surface, H+from microbial activities of SRB cells in biofilm accumulated underneath the biofilm and led to pitting corrosion.

cathode polarization; SRB biofilm; FIB-SEM; cross-section; pitting; field testing showed that

tg172

A

1001-3660(2022)07-0207-11

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.020

2022-02-15；

2022–05–10

2022-02-15；

2022-05-10

李鑫（1983—），男，博士研究生，主要研究方向為管道工程。

LI Xin (1983-), Male, Ph. D., Research focus: pipeline technology.

陳長風（1974—），男，博士，教授，主要研究方向為腐蝕與防護。

CHEN Chang-feng (1974-), Male, Doctor, Professor, Research focus: corrosion technology.

李鑫, 尚東芝, 李子墨, 等. 不同陰極極化條件對L245的SRB腐蝕行為影響[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 207-217.

LI Xin, SHANG Dong-zhi, LI Zi-mo, et al. SRB Corrosion Behavior of L245 Pipeline Steel with Different Cathode Polarization Potential[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 207-217.

責任編輯：萬長清