海工用钢的应力诱导氢扩散及氢致开裂研究
发布时间：2021-03-24 18:31
随着海洋资源的开发,越来越多的高强钢和不锈钢作为结构件被运用到海洋工程中。而结构材料在服役过程中,一方面,因高静水压力、阴极保护或酸性介质等环境因素的影响,可能会导致氢脆或者腐蚀从而引起失效;另一方面,结构材料在服役过程中需要承受外加应力,氢在应力作用下会发生再分布,引起断裂行为的变化。多年来,对缺口和裂尖部位的应力诱导氢扩散进行了大量研究。但事实上,为了避免应力集中,结构件表面往往是光滑的。遗憾的是,对于光滑试样,氢在拉伸应力下的再分布对断裂影响的报道却十分罕见。基于此,本论文采用慢应变速率拉伸（SSRT）方法结合有限元计算,研究了 Q960E马氏体钢中的应力诱导氢扩散及断裂行为。此外,海洋环境下使用的材料不仅要满足强度要求,还要满足耐蚀性要求,因此2205双相不锈钢（2205 DSS）被广泛应用于深海环境。而深海环境下往往需要施加阴极保护,而阴极电位下2205 DSS的氢脆现象和氢致开裂机理及其在深海条件下表面钝化膜的演化行为却鲜有报道。基于此,本文系统研究了 2205DSS在深海条件下的腐蚀和应力腐蚀以及氢脆机理。得到以下主要结果:（1）利用SSRT方法结合有限元模拟,确定了 Q...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＨＥＤＥ机理示意图｜２２］??弱键理论的实验直观推断来源就是断口上的沿晶开裂现象［２９＿３１］，研宄人??员认为这是氢富集在晶界处，然后导致晶界之间的结合力降低造成的
?海工用钢的应力诱导氢扩散及氢致幵裂研究???ＨＥＤＥ?ｈ??（？）?ｍ?ｙ??Ｔ??图２－１?ＨＥＤＥ机理示意图｜２２］??弱键理论的实验直观推断来源就是断口上的沿晶开裂现象［２９＿３１］，研宄人??员认为这是氢富集在晶界处，然后导致晶界之间的结合力降低造成的。但是??关于ＨＥＤＥ理论尚缺乏直观证据。目前对其的证明研究主要集中在计算机模??拟上。Ｄａｄｆａｍｉａ等人［３２］总结了一些关于ＨＥＤＥ的模拟研究，发现氢减小了Ｅ３??晶界处的结合能，模拟结果证明了氢会减小界面结合力，如图２－２所示。??ａ）?ｎ?〇??°?〇?〇?ｐｅｂ）?〇?Ｆｅ??Ｌｕ：?ｆ?｜??厂。。＿２．５?？?。??＿３３?▼?＾２??〇?〇?ｍ＼ｉ?—＊???＊—??■〇．２??图２－２氢在在５：３处和自由表面处的结合能［３２］??１９７２年，Ｂｅａｃｈｅｍ等人？基于断口观察，首次提出由于氢促进了位错运??动，导致氢致开裂发生的理论。随后，这一理论从２０世纪８０年代开始被??Ｂｉｒｎｂａｕｍ、Ｓｏｆｒｏｎｉｓ、Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ?等人［２３，３４＿４２］逐渐发展和完善，合并成?ＨＥＬＰ?理??论。Ｒ〇ｂｅｒＳｔＳ〇ｎｌ２Ｗ（）嗎位观察了?Ａ１和不锈钢中位错的运动，发现在含氢的环??境下，位错会发生移动，而去除氢气后，位错不移动，如图２－３所示。而??对于ＨＥＬＰ机理的模拟同样表明，室温时氢促进裂尖产生位错。研究者利用??周期性边界条件，在低温时对Ｎｉ的拉伸研究表明，如果取向合适，则氢促进??位错发射，若取向不合适时，氢促进裂纹扩展。因为塑性功的释放存在两种??方式，一种是裂纹扩展，另一种是位错
?海工用钢的应力诱导氢扩散及氢致开裂研究???纳米级别的韧窝组成的，提出了纳米韧窝聚集导致氢脆的机理。如图２－５［６２］??所示，其中的解释就综合了?ＨＥＬＰ和ＨＥＳＩＶ理论，作者认为，在形成裂纹后，??在裂尖形成应力场，在ＨＥＬＰ机理的作用下，裂尖存在氢促进局部塑性区域，??氢和应力共同的作用下，在塑性区内出现大量的空位，空位聚集形成微裂纹，??裂纹继续扩展。??／（ａ）?Ｓｔａｇｅ！?Ｎ??／Ｐｌａｓｔｉｃ?ｚｏｎｅ＼??Ｃｒａｃｋ－ｔｉｐ／?／?＼???一Ｈ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?１ｍｍ??ＨＥＬＰ?Ｖ＊？?Ｊ??ｚｏｎｅ?ｙ??Ｖ?Ｊ??／ＩｂＴ＂?Ｎａｎｏ－ｖｏｉｄ?Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?／＾ｃ）?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?Ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｍａｒｔｉｎ?？ｔａｌ＼??Ｓｔａｇｅ?ｌｉ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩＩ?Ｓｔａｇｅ?ＩＶ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩＩ??？?■?ＨｙｔｔｏｇＨｏｃｃｕｍｕｔＭＩＯｆ．?．??？?ＬｏｃａｌＵＭＪｐｉａｔｌＫｔｔｙ?？?Ｃｉｃｍ＊?ＶＫａｎｃｙ?■?Ｖａｃａｎｃｙ?ｍｄｕｃＭ?Ｎａｎｏ－?；?．?■?Ｎ．ｎｏ＊ｃｒｔ．?ｍｏｕｎｄ．??？?Ｍｙｔｆｒ〇Ｂｅｎ＊ｃｃｕｍｕｌ？Ｂｏｎ?Ａｔｃ？＂Ｍ＜＊Ｂｏｎ?Ｖｏｉｄ?ｎｕｄＭＵｏｆｌ?ａｎｄ??ｙ＾ＨｇＬＰＺｏｗ?？?ｙａｒｅｇ？ｉｖＶ？ｃ＜ｎｃｙ?ｙｏｗｌｆｔ??１??？?Ｍ？ＭｎＢｔｆｃｌｕｗ??图２－５纳米朝窝聚集机理［６２１??２．１．３海洋环境下材料的氢脆??随着我国石油开发从近海浅海走向远海深海，由于海水压力的原因，对??钢铁材料的力学性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Modeling the corrosion behavior of Ni-Cr-Mo-V high strength steel in the simulated deep sea environments using design of experiment and artificial neural network[J]. Qiangfei Hu,Yuchen Liu,Tao Zhang,Shujiang Geng,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[2]Interaction between austein-ferrite phases on passive performance of2205 duplex stainless steel[J]. Xuequn Cheng,Yi Wang,Xiaogang Li,Chaofang Dong. Journal of Materials Science & Technology. 2018(11)
[3]模拟深海压力对2种低合金钢腐蚀行为的影响[J]. 刘杰,李相波,王佳. 金属学报. 2011(06)
[4]阴极极化对907钢氢脆敏感性的影响[J]. 杨兆艳,闫永贵,马力,张桂玲. 腐蚀与防护. 2009(10)
[5]深海环境因素对碳钢腐蚀行为的影响[J]. 侯健,郭为民,邓春龙. 装备环境工程. 2008(06)
[6]深海开发不容缓——访深海工程专家段梦兰[J]. 毛昭均. 中国石油石化. 2007(06)
[7]世界深水油气勘探进展与南海深水油气勘探前景[J]. 何家雄,夏斌,施小斌,姚永坚,刘海龄,阎贫,张树林. 天然气地球科学. 2006(06)
[8]国际海底资源开发技术及其发展趋势[J]. 阳宁,夏建新. 矿冶工程. 2000(01)
[9]阴极保护导致ZC—120钢在海水中环境氢脆[J]. 谭文志,杜元龙,傅超,陆征. 材料保护. 1988(03)
本文编号：3098188
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＨＥＤＥ机理示意图｜２２］??弱键理论的实验直观推断来源就是断口上的沿晶开裂现象［２９＿３１］，研宄人??员认为这是氢富集在晶界处，然后导致晶界之间的结合力降低造成的
?海工用钢的应力诱导氢扩散及氢致幵裂研究???ＨＥＤＥ?ｈ??（？）?ｍ?ｙ??Ｔ??图２－１?ＨＥＤＥ机理示意图｜２２］??弱键理论的实验直观推断来源就是断口上的沿晶开裂现象［２９＿３１］，研宄人??员认为这是氢富集在晶界处，然后导致晶界之间的结合力降低造成的。但是??关于ＨＥＤＥ理论尚缺乏直观证据。目前对其的证明研究主要集中在计算机模??拟上。Ｄａｄｆａｍｉａ等人［３２］总结了一些关于ＨＥＤＥ的模拟研究，发现氢减小了Ｅ３??晶界处的结合能，模拟结果证明了氢会减小界面结合力，如图２－２所示。??ａ）?ｎ?〇??°?〇?〇?ｐｅｂ）?〇?Ｆｅ??Ｌｕ：?ｆ?｜??厂。。＿２．５?？?。??＿３３?▼?＾２??〇?〇?ｍ＼ｉ?—＊???＊—??■〇．２??图２－２氢在在５：３处和自由表面处的结合能［３２］??１９７２年，Ｂｅａｃｈｅｍ等人？基于断口观察，首次提出由于氢促进了位错运??动，导致氢致开裂发生的理论。随后，这一理论从２０世纪８０年代开始被??Ｂｉｒｎｂａｕｍ、Ｓｏｆｒｏｎｉｓ、Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ?等人［２３，３４＿４２］逐渐发展和完善，合并成?ＨＥＬＰ?理??论。Ｒ〇ｂｅｒＳｔＳ〇ｎｌ２Ｗ（）嗎位观察了?Ａ１和不锈钢中位错的运动，发现在含氢的环??境下，位错会发生移动，而去除氢气后，位错不移动，如图２－３所示。而??对于ＨＥＬＰ机理的模拟同样表明，室温时氢促进裂尖产生位错。研究者利用??周期性边界条件，在低温时对Ｎｉ的拉伸研究表明，如果取向合适，则氢促进??位错发射，若取向不合适时，氢促进裂纹扩展。因为塑性功的释放存在两种??方式，一种是裂纹扩展，另一种是位错
?海工用钢的应力诱导氢扩散及氢致开裂研究???纳米级别的韧窝组成的，提出了纳米韧窝聚集导致氢脆的机理。如图２－５［６２］??所示，其中的解释就综合了?ＨＥＬＰ和ＨＥＳＩＶ理论，作者认为，在形成裂纹后，??在裂尖形成应力场，在ＨＥＬＰ机理的作用下，裂尖存在氢促进局部塑性区域，??氢和应力共同的作用下，在塑性区内出现大量的空位，空位聚集形成微裂纹，??裂纹继续扩展。??／（ａ）?Ｓｔａｇｅ！?Ｎ??／Ｐｌａｓｔｉｃ?ｚｏｎｅ＼??Ｃｒａｃｋ－ｔｉｐ／?／?＼???一Ｈ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?１ｍｍ??ＨＥＬＰ?Ｖ＊？?Ｊ??ｚｏｎｅ?ｙ??Ｖ?Ｊ??／ＩｂＴ＂?Ｎａｎｏ－ｖｏｉｄ?Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?／＾ｃ）?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?Ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｍａｒｔｉｎ?？ｔａｌ＼??Ｓｔａｇｅ?ｌｉ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩＩ?Ｓｔａｇｅ?ＩＶ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩ?Ｓｔａｇｅ?ＩＩＩ??？?■?ＨｙｔｔｏｇＨｏｃｃｕｍｕｔＭＩＯｆ．?．??？?ＬｏｃａｌＵＭＪｐｉａｔｌＫｔｔｙ?？?Ｃｉｃｍ＊?ＶＫａｎｃｙ?■?Ｖａｃａｎｃｙ?ｍｄｕｃＭ?Ｎａｎｏ－?；?．?■?Ｎ．ｎｏ＊ｃｒｔ．?ｍｏｕｎｄ．??？?Ｍｙｔｆｒ〇Ｂｅｎ＊ｃｃｕｍｕｌ？Ｂｏｎ?Ａｔｃ？＂Ｍ＜＊Ｂｏｎ?Ｖｏｉｄ?ｎｕｄＭＵｏｆｌ?ａｎｄ??ｙ＾ＨｇＬＰＺｏｗ?？?ｙａｒｅｇ？ｉｖＶ？ｃ＜ｎｃｙ?ｙｏｗｌｆｔ??１??？?Ｍ？ＭｎＢｔｆｃｌｕｗ??图２－５纳米朝窝聚集机理［６２１??２．１．３海洋环境下材料的氢脆??随着我国石油开发从近海浅海走向远海深海，由于海水压力的原因，对??钢铁材料的力学性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Modeling the corrosion behavior of Ni-Cr-Mo-V high strength steel in the simulated deep sea environments using design of experiment and artificial neural network[J]. Qiangfei Hu,Yuchen Liu,Tao Zhang,Shujiang Geng,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[2]Interaction between austein-ferrite phases on passive performance of2205 duplex stainless steel[J]. Xuequn Cheng,Yi Wang,Xiaogang Li,Chaofang Dong. Journal of Materials Science & Technology. 2018(11)
[3]模拟深海压力对2种低合金钢腐蚀行为的影响[J]. 刘杰,李相波,王佳. 金属学报. 2011(06)
[4]阴极极化对907钢氢脆敏感性的影响[J]. 杨兆艳,闫永贵,马力,张桂玲. 腐蚀与防护. 2009(10)
[5]深海环境因素对碳钢腐蚀行为的影响[J]. 侯健,郭为民,邓春龙. 装备环境工程. 2008(06)
[6]深海开发不容缓——访深海工程专家段梦兰[J]. 毛昭均. 中国石油石化. 2007(06)
[7]世界深水油气勘探进展与南海深水油气勘探前景[J]. 何家雄,夏斌,施小斌,姚永坚,刘海龄,阎贫,张树林. 天然气地球科学. 2006(06)
[8]国际海底资源开发技术及其发展趋势[J]. 阳宁,夏建新. 矿冶工程. 2000(01)
[9]阴极保护导致ZC—120钢在海水中环境氢脆[J]. 谭文志,杜元龙,傅超,陆征. 材料保护. 1988(03)
本文编号：3098188
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3098188.html
