阴极极化对海水中907钢氢脆敏感性影响研究
发布时间：2020-07-30 05:14
【摘要】： 高强钢因其具有优异的性能广泛应用于飞机、船舶、海洋构筑物等行业。随着强度的增加,高强钢的氢脆敏感性增加。为了抑制高强钢在海水中的腐蚀,通常采用阴极保护技术,阴极保护电位过负,促使氢在金属表面生成,容易引起高强钢的氢脆断裂问题。随着我国海洋战略的实施,高强钢的使用越来越多,阴极保护导致高强钢氢脆问题日益突出。通常高强钢的腐蚀控制采用涂层加阴极保护的联合保护技术,研究阴极极化对带涂层907钢氢脆敏感性影响有重要的实际意义。因此有必要研究阴极极化对高强钢氢脆敏感性影响,从而为特定高强钢-环境体系确定合适的阴极保护准则。 本文以907钢为研究对象,采用慢应变速率拉伸实验技术,以延伸率、断裂能、氢脆系数作为评价指标,研究了不同极化电位907裸钢、907涂层钢氢脆敏感性变化规律;应用电化学测试技术,并结合三维视频和扫描电子显微镜断口形貌观察结果,分析不同极化电位下907钢的断裂机理。在阴极极化对907裸钢、完好涂层、5%涂层破损907钢氢脆敏感性影响研究基础上,比较了阴极极化对海水中907裸钢、完好涂层、5%涂层破损907钢氢脆敏感性影响,分析阴极极化、涂层对907钢氢脆敏感性协同作用。 阴极极化对907裸钢氢脆敏感性影响研究结果表明:作为表征氢脆敏感性指标的断裂时间、延伸率、断裂能,随阴极极化电位负移逐渐减小,氢脆系数逐渐增加,氢脆敏感性增强。抗拉强度、屈服强度、断裂强度随极化电位变化呈不规律性变化,与氢脆敏感性无相关性。拉伸过程每个变形阶段,随极化电位负移,极化电阻减小,-1.01V时减小最明显,阴极保护电流迅速增加。综合氢脆评价指标变化和电化学测试结果: E_(corr)～-0.91V的极化电位区间,氢脆系数很小,低于氢脆危险区,907钢断裂为以微孔聚集型为主的韧性断裂。-1.01V,氢脆系数接近氢脆危险区,已经出现脆性解理断裂特征。-1.06V时,氢脆系数进入氢脆危险区,主要为脆性断裂。 阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响研究结果表明:随极化电位负移,氢脆系数增加,氢脆敏感性逐渐增强。极化电位负移,完好涂层试样表面涂层破裂需要时间缩短,氢脆系数增加,氢脆敏感性逐渐增强。完好涂层907钢-0.91V时,氢脆系数略有增加,断口微观形貌出现脆性断裂特征; -0.96V时,极化电阻减小最明显,阴极保护电流迅速增加,氢脆系数迅速增加,进入氢脆危险区,断口形貌70%为脆性断裂特征,该条件下发生以解理为主的氢脆。随极化电位负移,5%涂层破损907钢氢脆敏感性增强,-1.01V氢脆系数进入氢脆危险区。 对比分析阴极极化对907裸钢、完好涂层和5%涂层破损907钢氢脆敏感性影响发现:907裸钢和涂层钢氢脆敏感性随阴极极化电位负移增强,恒电位拉伸过程极化电流逐渐增大。-0.91～-1.11V范围内,同一电位极化时,完好涂层和5%涂层破损907钢极化电流都小于裸钢,氢脆系数都显著高于裸钢。阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响显著大于对907裸钢的影响。907涂层钢较易发生氢脆断裂,可能因为涂层破裂处应力集中,并且涂层完好部分阻碍氢向外扩散,从而加速氢在局部区域集中,金属中氢浓度迅速达到临界值,从而很快导致裂纹孕育、扩展,直至断裂。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG142.1
【图文】：
力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。②腐蚀介质是特定的，只有某些金质的组合情况下，才会发生应力腐蚀断裂。③断裂速度在纯腐蚀及纯力学之间，断口一般为脆断型。氢脆(HE)，由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象氢脆断裂。高强度钢和超高强度钢的氢脆断裂是由于其在服役过程中，环境氢扩散至钢中应力集中处经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然产生的一种氢致延滞断裂[17-19]。工程说的氢脆，大多指这类氢脆，氢脆是金属材料最危险的破坏方式之一。应力腐蚀与氢脆都是由于应力和化学介质共同作用而产生的延滞断裂，是两种既经常相关而又不同的现象。其电化学原理图见图 1-1。两者的区于应力腐蚀为阳极溶解过程，形成所谓阳极活性通道而使金属开裂；而氢脆阴极析氢过程。对于已断裂的机件可以从断口形貌区分。因此，研究应力腐各种试验方法也适用于氢脆。
图 3-11 拉伸试样宏观断口a and d.-0.91V, b and e.-1.01V, c and f.-1.16V对高强度钢来说，可以用充氢试样慢应变速率拉伸后的断口分析来描述其氢敏感性。一般来说氢脆断口为沿晶断口和准解理断口，氢脆敏感性低时有明显颈缩现象,断口呈韧窝状[29]。Seong-Jong Kim 等通过实验研究认为，阴极极化高强钢氢脆敏感性氢脆敏感性随断面韧窝数量增多而下降[62,63]。由图 3-11、3-12 可以看到：907 钢在惰性介质、海水中开路电位下、-0.91化时 SSRT 断口可以看到明显缩颈，宏观断口呈杯锥形，由纤维区，放射区切唇三个区域组成，微观形貌可以看到丰富的韧窝等微孔聚集断裂的基本特。海水中开路电位下、-0.91V 极化时断口表面有明显的红色锈层，微观观察看一些絮状物覆盖在断面上，根据能谱分析（见图 3-13）主要为铁的氧化物，即水中拉伸过程有腐蚀产物沉积在断口表面。907 钢在惰性介质、海水中开路电下、-0.91V 极化断裂都是典型的微孔聚集型韧性断裂。-0.91V 极化，试样表面
观 80%为河流花样，即 80%为解理断裂的基本特征。-1.16V，断口表面有大量白色物质沉积，断口与拉伸主轴成 45°，光亮平滑，脆性断裂特征明显，解理部分增多，约占断面总面积 90%，已观察不到韧窝，即 90%呈明显的穿晶解理断裂特征。a b
本文编号：2775070
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG142.1
【图文】：
力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。②腐蚀介质是特定的，只有某些金质的组合情况下，才会发生应力腐蚀断裂。③断裂速度在纯腐蚀及纯力学之间，断口一般为脆断型。氢脆(HE)，由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象氢脆断裂。高强度钢和超高强度钢的氢脆断裂是由于其在服役过程中，环境氢扩散至钢中应力集中处经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然产生的一种氢致延滞断裂[17-19]。工程说的氢脆，大多指这类氢脆，氢脆是金属材料最危险的破坏方式之一。应力腐蚀与氢脆都是由于应力和化学介质共同作用而产生的延滞断裂，是两种既经常相关而又不同的现象。其电化学原理图见图 1-1。两者的区于应力腐蚀为阳极溶解过程，形成所谓阳极活性通道而使金属开裂；而氢脆阴极析氢过程。对于已断裂的机件可以从断口形貌区分。因此，研究应力腐各种试验方法也适用于氢脆。
图 3-11 拉伸试样宏观断口a and d.-0.91V, b and e.-1.01V, c and f.-1.16V对高强度钢来说，可以用充氢试样慢应变速率拉伸后的断口分析来描述其氢敏感性。一般来说氢脆断口为沿晶断口和准解理断口，氢脆敏感性低时有明显颈缩现象,断口呈韧窝状[29]。Seong-Jong Kim 等通过实验研究认为，阴极极化高强钢氢脆敏感性氢脆敏感性随断面韧窝数量增多而下降[62,63]。由图 3-11、3-12 可以看到：907 钢在惰性介质、海水中开路电位下、-0.91化时 SSRT 断口可以看到明显缩颈，宏观断口呈杯锥形，由纤维区，放射区切唇三个区域组成，微观形貌可以看到丰富的韧窝等微孔聚集断裂的基本特。海水中开路电位下、-0.91V 极化时断口表面有明显的红色锈层，微观观察看一些絮状物覆盖在断面上，根据能谱分析（见图 3-13）主要为铁的氧化物，即水中拉伸过程有腐蚀产物沉积在断口表面。907 钢在惰性介质、海水中开路电下、-0.91V 极化断裂都是典型的微孔聚集型韧性断裂。-0.91V 极化，试样表面
观 80%为河流花样，即 80%为解理断裂的基本特征。-1.16V，断口表面有大量白色物质沉积，断口与拉伸主轴成 45°，光亮平滑，脆性断裂特征明显，解理部分增多，约占断面总面积 90%，已观察不到韧窝，即 90%呈明显的穿晶解理断裂特征。a b
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 王涛;X80管线钢氢助解理断裂规律研究[D];西安石油大学;2010年
2 杜小青;典型船用材料在海水中的电偶腐蚀行为研究[D];浙江大学;2013年
本文编号：2775070
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/2775070.html
