316L不锈钢在应力和腐蚀介质协同作用下的腐蚀行为

发布时间：2017-04-17 14:22

  本文关键词：316L不锈钢在应力和腐蚀介质协同作用下的腐蚀行为，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,316L不锈钢凭借其优良的综合力学性能和耐蚀性越来越广泛地应用在热核工业、石油化工等领域。特别是在石油行业,316L不锈钢因其对CO2等介质具有比较高的耐腐蚀性能,通常被用作油田管道和储罐。但是316L不锈钢在高Cl-浓度的环境下会发生点蚀,使这些设备存在潜在的风险。目前,尚未有足够的数据表明在较大应力和高Cl-浓度的协同作用下是否会促进316L不锈钢发生点蚀以及应力腐蚀开裂,这给该材料的应用和推广带来了较高风险。针对这一现象,本文通过在腐蚀介质中建立恒载荷和恒变形条件,主要研究了恒应力条件下,316L不锈钢在不同pH值和Cl-浓度的溶液中的腐蚀行为和力学行为。并利用扫描电镜(SEM)、电化学分析系统等设备,着重分析了恒应力条件下,316L不锈钢的腐蚀行为、应力腐蚀开裂以及腐蚀蠕变等问题。主要结论如下:(1)316L不锈钢在应力和腐蚀介质的协同作用下,随着溶液pH值的增加和Cl-的浓度的降低,自腐蚀电位向正向移动,自腐蚀电流密度逐渐减小。试样的断裂时间从2.8天增加到9.5天,塑性损失从86%降到68%。即316L不锈钢应力腐蚀敏感性减弱;随着溶液中Cl-浓度的增加,试样的断裂时间从37天降到12天,塑性损失从40%降到4%,即316L不锈钢应力腐蚀敏感性增强。通过对断口形貌观察发现:随着腐蚀溶液pH值的降低,微观断裂形貌韧窝变大,韧窝的数量减少,断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。随着溶液Cl-浓度的增加,微观断裂形貌韧窝尺寸变大,数量减少,出现类似河流花样的形状,呈现脆性断裂的趋势。即pH值的降低或Cl-浓度增加,316L不锈钢的断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变。另外,316L不锈钢在应力和腐蚀介质的协同作用下也会发生腐蚀蠕变现象,腐蚀蠕变速率均经历减速蠕变阶段—稳态蠕变阶段—加速蠕变这三个阶段。随着溶液pH值的增加,稳态蠕变速率从1.2×10-6s-1减小到5×10-7s-1,稳态蠕变阶段增加。随着溶液Cl-浓度的降低,稳态蠕变速率从4×10-7s-1减小到1.8×10-7s-1,稳态蠕变阶段同样增加。(2)316L不锈钢焊缝中心处的显微组织为铁素体+奥氏体,且铁素体断断续续的分布在奥氏体基体上。焊缝熔合线附近处的金相组织分为两部分:靠近焊缝一侧的是由奥氏体和条状铁素体组成的两相组织,靠近热影响区一侧的由单一奥氏体构成。热影响区的金相组织与母材相近,但相比于基体晶粒尺寸明显长大。而母材金相组织主要是单一固溶态奥氏体,且晶粒大小分布比较均匀。将试样浸泡在不同pH值和Cl-浓度的NaCl溶液中,一段时间后,试样均发生了比较严重的腐蚀,随着溶液pH值的降低或Cl-浓度的增加,试样表面腐蚀程度增加。并且,相对于基体,焊缝的腐蚀更为严重。通过观察试样微观腐蚀形貌,在酸性条件下,316L焊缝熔合线附近发生了应力腐蚀开裂,而碱性条件下没有呈现应力腐蚀开裂的特征。
【关键词】：316L不锈钢 恒载荷 应力腐蚀开裂 腐蚀蠕变曲线 焊缝腐蚀行为
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状与评价13-16
• 1.3 应力腐蚀开裂概述16-26
• 1.3.1 应力腐蚀开裂机理16-19
• 1.3.1.1 活性通路—电化学理论16-17
• 1.3.1.2 阳极溶解机理17
• 1.3.1.3 氢致开裂机理17-19
• 1.3.2 应力腐蚀开裂特征19-20
• 1.3.3 应力腐蚀开裂影响因素20-22
• 1.3.4 应力腐蚀开裂研究方法22-26
• 1.3.4.1 应力腐蚀开裂试样选择22-23
• 1.3.4.2 应力腐蚀开裂加载方式23-26
• 1.4 课题主要研究内容与目的26-28
• 第2章 实验材料及方法28-36
• 2.1 实验材料28
• 2.2 实验设备28-31
• 2.3 实验方法31-36
• 2.3.1 试样制备31-32
• 2.3.2 实验溶液配置32-36
• 第3章 恒应力作用下 316L不锈钢腐蚀和力学行为36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 技术路线36-38
• 3.3 恒应力条件下 316L不锈钢腐蚀行为38-43
• 3.3.1 316L不锈钢电化学研究38-41
• 3.3.2 316L不锈钢表面腐蚀形貌41-43
• 3.4 恒应力条件下 316L不锈钢应力腐蚀开裂43-51
• 3.4.1 pH值对 316L不锈钢应力腐蚀敏感性的影响44-46
• 3.4.2 Cl~-浓度对 316L不锈钢应力腐蚀敏感性的影响46-48
• 3.4.3 316L不锈钢应力腐蚀断口形貌分析48-51
• 3.5 恒应力条件下 316L不锈钢的腐蚀蠕变51-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 恒应变条件下 316L不锈钢焊缝的腐蚀行为54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 焊缝金相组织分析55-59
• 4.3 焊缝腐蚀行为59-66
• 4.3.1 焊缝在不同pH值条件下的腐蚀形貌59-63
• 4.3.2 焊缝在不同Cl~-浓度条件下腐蚀形貌63-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 结论68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：313418