高强系泊链钢在二氧化硫污染海洋大气环境下的应力腐蚀行为

随着陆地油气资源枯竭,越来越多的国家正在寻求开发利用海洋资源。为避免海上石油平台在海啸、台风和巨浪等恶劣环境倒塌,抗拉强度高达1000 MPa的R5级系泊链钢被广泛应用于海上石油平台。然而,以往的研究证明应力腐蚀开裂是导致系泊链钢失效的主要因素。因此,研究系泊钢的应力腐蚀过程具有重要意义。本文旨在研究海洋大气环境下硫化物浓度对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律及机制。本文采用了慢应变速率拉伸、电子背散射衍射和扫描电镜研究了硫化物浓度对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律,采用了电化学极化、X射线光电子能谱和X射线能谱等手段研究了不同硫化物浓度对系泊链钢腐蚀行为的影响,以此为基础阐明了高强系泊链钢在海洋大气环境下的应力腐蚀机制。研究结果表明,随着模拟海洋大气环境中SO₂污染程度的增加,腐蚀电流密度增大,腐蚀产物致密性更高,更易萌生点蚀。随着模拟海洋大气环境中SO₂污染程度的增加,系泊链钢的应力腐蚀敏感性增大。断口结果表明应力腐蚀裂纹萌生于点蚀,裂纹以沿晶和穿晶混合的方式扩展。由此总结系泊链钢在该环境下的应力腐蚀由阳极溶解机制和氢脆机制共同控制。     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.     

外加电位对X80管线钢模拟海岸土壤腐蚀的影响

为探究双相X80管线钢在沿海土壤模拟溶液环境中的腐蚀机理，采用极化曲线、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和交流阻抗(EIS)法对不同外加电位(-750,-900和-1 050 mV vs.饱和甘汞电极(SCE))下双相X80管线钢的应力腐蚀和电化学腐蚀行为进行研究。结果表明，双相X80管线钢在-1 050 mV电位下对应力腐蚀(SCC)最为敏感。慢应变拉伸呈现为脆性断裂，断口可见铁素体区域圆形或椭圆形的凹坑，这是由于过度阴极反应产生的氢原子扩散进入到钢中在铁素体晶界聚集，氢气析出产生的较高氢压超过材料的强度产生圆形孔洞，在拉伸应力作用下变为椭圆形。在此电位下EIS模拟电阻最小，耐腐蚀性最差。-750 mV的外加电位可起到一定的电化学保护作用，但不足以防止X80管线钢应力腐蚀的发生。-900 mV的外加电位可有效抑制X80管线钢的阳极溶解，SSRT的强度和延展性均高于0 mV电位试样，表现出韧性断裂特征，EIS模拟电阻最高，因此双相X80管线钢在模拟海岸土壤环境下最佳的阴极保护电位约为-900 mV vs. SCE。双相X80管线钢在沿海土壤模拟环境中的应力腐蚀行为的研究可对其在实际使用过...     

外加电位对X80钢在满洲里土壤应力腐蚀的影响

针对埋地管道应力腐蚀开裂（SCC）问题,开展了X80管线钢（X80钢）在满洲里土壤模拟溶液中的SCC研究,以期对X80钢的SCC防护提供数据支撑。采用交流阻抗技术、动电位极化技术和慢应变速率拉伸实验研究了X80钢在不同外加电位下满洲里土壤模拟溶液中的SCC行为,并用扫描电镜观察了断口表面微观形貌。结果表明：自腐蚀电位下,X80钢裂纹萌生于点蚀坑处,SCC机制为阳极溶解（AD）;在外加电位为-850 mV和-930 mV时,X80钢的应力腐蚀受到抑制作用,SCC敏感性较低,-850 mV为最佳阴极保护电位。这两个电位下X80钢SCC机制为AD和氢致开裂（HIC）混合机制,其中-930 mV下SCC机制由HIC占主导地位;在外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV时,X80钢表现出较高的SCC敏感性,SCC机制为氢和应力协同作用下的HIC。     

H_2SO_4－NaCl溶液中奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂

在室温下研究了奥氏体不锈钢在Ｈ＿２ＳＯ＿４－ＮａＣｌ溶液中的应力腐蚀开裂敏感性．结果表明，应力腐蚀受外加电位和氯化物浓度的影响．在２．５（Ｈ＿２ＳＯ＿４）－０．２～０．６ｍｏｌ·ｄｍ￣（－３）（ＮａＣｌ）溶液中发生穿晶型应力腐蚀开裂，在极化曲线的活化。钝化过渡区电位区间发生腐蚀开裂。应力腐蚀开裂可归因于位错的滑移台阶出现而导致钝化膜的破裂，再经过选择性电化学溶解而产生．     

H2SO4—NaCl溶液中奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂

在室渐下研究了奥氏不锈钢在Ｈ２ＳＯ４－ＮａＣｌ溶液中应力腐蚀开裂敏感性。结果表明，应力腐蚀受外加电位和氯化物浓度的影响。在２．５（Ｈ２ＳＯ４）－０．２～０．６ＭＯＬ．ＤＭ＾－３（ＮａＣｌ）溶液中发生穿晶型应力腐蚀开裂，在极化曲线的活化－钝化过渡区电位区间发生腐蚀开裂。应力腐蚀开裂可归因于位错的滑移台阶出现而导致钝化膜的破裂。应力腐蚀可归因于位错的滑移台阶出现而导致钝化膜的破裂，再经过选择性电化学溶     

X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂

采用电化学动电位扫描技术、慢应变速率拉伸(SSRT)试验和扫描电镜观察研究了X80管线钢及焊接接头在NS4溶液中的应力腐蚀行为.电化学实验结果显示,X80管线钢及焊接接头在NS4溶液中的极化曲线具有典型的活性溶解特征.SSRT试验结果表明,随着外加电位的负移,断裂时间、断面收缩率、应变量都明显变小,X80管线钢及焊接接头的应力腐蚀开裂敏感性增加,应力腐蚀断口呈现穿晶准解理特征.施加相同外加电位时,焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加,其断裂位置全部落在焊缝或HAZ处.     

用慢应变速率法评定低合金钢焊接接头的应力腐蚀破裂

用慢应变速率法研究了4种低合金海洋用钢焊接接头在人工海水自腐蚀状态和阴极极化状态下的应腐蚀行为,试验结果表明,在自腐蚀情况下,不会发生任何类型的应力腐蚀破裂,但在阴极极化状态下则可能由于过负的保护电位而产生电位而产生氢脆型应力腐蚀破裂,提出了以氢脆临界转变电位EHEC作为评定环境氢脆敏感性的定量指标,用以代替析氢电位作为最大的阴极保护电位。     

电位对508Ⅲ-52M-690合金焊接接头应力腐蚀的影响

通过慢应变速率拉伸和高温电化学试验相结合的方法,研究了外加电位对压水堆核电机组安全端508Ⅲ-52M-690合金异种材料焊接接头在含氯离子的高温高压水中应力腐蚀开裂(SCC)倾向的影响规律.结果表明,在温度为300℃高温高压水环境下,当氯离子的含量为50mg/kg、除氧时,焊接接头的SCC敏感性随电极电位升高而增大,即随着溶解氧浓度增加而增加.存在一个介于-500~-400mV(相对标准氢电极)的SCC临界电位,低于该电位时,焊接接头SCC敏感性较小,未见明显沿晶开裂,断裂为由力学性能主导的塑性开裂,与焊接接头不同冶金组织的硬度密切相关,硬度越低,越容易断裂,断裂位置均为硬度最低的52Mb处;高于临界电位时,SCC敏感性急剧增加,并出现明显的沿晶开裂和穿晶开裂断口,断裂为腐蚀主导的脆性开裂,断裂位置均为腐蚀性能最差的低合金钢508Ⅲ热影响区.同时发现,焊接接头中52Mb对接焊和508Ⅲ钢之间的热影响区对SCC最敏感.     

硫化氢环境下两种不锈钢的应力腐蚀开裂行为

用U形弯试样浸泡和慢应变速率拉伸实验研究了3Cr17Ni7Mo2SiN和00Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢在硫化氢介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为.2205不锈钢的SCC萌生孕育期较长,在pH较低的饱和H2S溶液中具有明显的SCC敏感性,其SCC敏感性随溶液pH值的升高或H2S含量的降低而迅速降低.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC孕育期均低于2205不锈钢,在pH≤4.5、H2S的质量浓度≥103mg·L-1的H2S介质中均具有明显的SCC敏感性,其SCC敏感性受pH值和H2S含量变化影响较小.3Cr17Ni7Mo2SiN的SCC以沿晶裂纹萌生,扩展后转变为穿晶应力腐蚀开裂;2205不锈钢近表面处首先发生奥氏体-铁素体相间氢致开裂,并促进SCC萌生,其SCC为穿晶应力腐蚀开裂.     

氢对铜电化学行为和NaNO2溶液应力腐蚀的影响

纯铜充氢后并不改变组织结构和晶粒大，而且抗拉强度、延伸率和面缩率也不变化，这表明铜没有氢脆，在ＮａＮＯ２溶液中，氢使纯铜的腐蚀电位、反应电阻降低，使应力腐蚀开裂敏感性升高，断口形貌不发生变化。     

二氧化硫复合盐雾环境下2024-T351铝合金应力腐蚀开裂

通过SO2复合盐雾试验模拟工业污染海洋大气环境,结合有限元模拟分析、扫描电镜/能谱仪、光电子能谱分析等技术研究2024-T351铝合金在弹性应力区间的应力腐蚀开裂行为.结果表明:应力腐蚀开裂行为优先发生在2024-T351铝合金C型环的顶部应力集中区域;疏松的腐蚀产物层的形貌经历了由细棒状、团絮状到板块状的变化;试验6h就可以监测到裂纹,进行到480h的时候有贯穿裂纹形成,720h的时候试样完全断裂;裂纹为穿晶和沿晶混合机制,主裂纹以穿晶机制沿C型环法线扩展,二次裂纹沿晶界扩展.     

高pH值完井液中超级13Cr油管的腐蚀失效及SCC机制

通过对某失效高压气井超级13Cr油管的开裂原因、腐蚀形貌、腐蚀产物及有限元分析,探讨超级13Cr油管在高pH值完井液的腐蚀失效及应力腐蚀开裂(SCC)机制。结果表明:超级13Cr油管在高pH值完井液中发生应力腐蚀开裂,裂纹大多起源于油管外壁局部腐蚀坑处,其扩展方式由最初的穿晶解理开裂转变为沿晶开裂;超级13Cr油管外壁发生明显的腐蚀,腐蚀产物层厚度随井深增加显著增大,由外到内依次为Ca_3(PO_4)_2沉积层、FeCr_2O_4高温氧化产物层及Fe_3O_4主要腐蚀产物层,其中Fe_3O_4腐蚀产物层出现较为明显的双向生长现象;超级13Cr油管在井下工况中的腐蚀机制为金属离子和氧离子在氧化膜和腐蚀产物膜中的反应扩散过程,其SCC开裂以阳极溶解机制为主,辅以膜致开裂机制,而疲劳载荷的存在促进了SCC裂纹的萌生和扩展。     

超高强度钢在大气环境中应力腐蚀行为研究

 采用慢应变速率拉伸测试技术研究了一种新型超高强度不锈钢Cr12的应力腐蚀开裂(SCC)行为,结合扫描电镜对应力腐蚀断口形貌进行观察和分析.结果表明,Cr12钢的空拉试样有明显的颈缩现象,断口四周平齐,为裂纹的起源与快速扩展区,以准解理断裂形貌为主.在弱酸性溶液中SCC敏感性增大,断口仍为准解理形貌,局部出现滑移台阶.在弱酸性气氛环境中,氧在薄液膜中的扩散能更快地到达金属表面,阴极反应的供氧量充足,阴极极化强化,钝化膜的稳定性和完整性受到破坏,点蚀更容易发生,从而增大了其SCC敏感性.Cl－通过诱发点蚀形成和阻碍钝化膜修复显著提高了Cr12钢的应力腐蚀敏感性,降低了钢的强度和塑性.应力腐蚀裂纹起源于点蚀坑处,SCC机制可用滑移－膜破裂理论进行解释.     

喹啉季铵盐和KI浓度对超级13Cr不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响

在110℃、CO_2饱和、含0.2%,醋酸的CaCl_2完井液中,超级13Cr不锈钢发生了均匀腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂行为。添加喹啉季铵盐和KI能有效抑制超级13Cr不锈钢的均匀腐蚀和点蚀。高浓度的喹啉季铵盐和KI使得超级13Cr不锈钢的应力腐蚀开裂得到有效控制。低浓度的KI使得超级13Cr不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性减小,随着浓度的升高,应力腐蚀开裂敏感性逐渐减低。而低浓度的喹啉季铵盐却促进了氢渗透过程而加剧了超级13Cr不锈钢的应力腐蚀开裂行为。     

晶界特征分布对304不锈钢应力腐蚀开裂的影响

通过5%的冷轧变形及在1 100 ℃退火5 min,使304不锈钢中的低ΣCSL晶界比例从固溶处理后的49%提高到75%（Palumbo-Aust标准）.采用C型环样品恒定加载方法,在pH值为1.5的沸腾25%NaCl酸化溶液中进行应力腐蚀实验,低ΣCSL晶界比例为75%的样品在浸泡120 h内没有发生应力腐蚀开裂,而低ΣCSL晶界比例为47%的试样在浸泡24 h后就产生了应力腐蚀裂纹.由断口形貌观察及电子背散射衍射(EBSD)分析表明,开始发生的晶间腐蚀会成为后来应力腐蚀开裂的裂纹源,应力腐蚀开裂由最初的沿晶转变为穿晶形式.低ΣCSL晶界比例提高后的试样因其抗晶间腐蚀性能较好,抑制了在Cl^-环境下应力腐蚀裂纹的萌生,因而提高了抗应力腐蚀性能.     

L_(c9)合金晶界的微观结构影响应力腐蚀开裂的机理

研究了L_(c9)合金晶界的微观结构参数与应力腐蚀开裂的关系,以及晶界成分偏析。结果表明:随着时效程度的增加,晶界上 Mg向 MgZn_2 转移,粒子长大,粒子间距增加,晶界上固溶 Mg减小,晶界捕获H的能力减弱,应力腐蚀敏感性下降。     

Si及热处理对Al- Zn- Mg- Cu合金显微组织和腐蚀行为的影响

采用慢应变速率试验研究了不同Si含量及热处理条件下Al-Zn-Mg-Cu合金的应力腐蚀开裂(SCC)行为,并使用透射电子显微镜和统计分析确定晶界微观结构.研究表明,Si含量和时效程度的增加都能改善合金的抗应力腐蚀性能.晶界析出相(GBP)面积分数是评估SCC敏感性的重要参数.对于不同时效程度的Al-Zn-Mg-Cu-0.16Zr-0.04Si合金,当GBP的面积分数相对较低时,SCC的主导机制是氢脆;对于峰时效状态下的Al-Zn-Mg-Cu合金和Al-Zn-Mg-Cu-0.16Zr-0.02Si合金,当GBP的面积分数足够高时,阳极溶解主导SCC行为.     

690合金的Pb致应力腐蚀行为

采用反U型试样,对690合金样品在高压釜内进行了4400 h的应力腐蚀实验,以研究其在含Pb溶液中的应力腐蚀规律.利用扫描电镜和能谱仪等分析了690合金在含Pb高温高压水环境中的应力腐蚀行为.扫描电镜结果表明,690合金在测试溶液中发生穿晶型应力腐蚀开裂,裂纹内部堆积着腐蚀产物,并且Pb掺杂在其中.裂纹区域的元素面扫描表明,690合金表面生成的腐蚀产物膜内层富Cr、外层富Ni,腐蚀产物与基体膨胀系数的差异导致裂纹快速扩展.试样内外表面的腐蚀形貌差异明显,内壁呈晶格网状,外壁呈一定方向性腐蚀沟堑,主要是由于内外表面状态不同造成的.     

稀土铒、铈改性AZ91镁合金应力腐蚀行为研究

通过金属型浇铸方法制备稀土铒(Er)、铈(Ce)改性AZ91镁合金(AZErCe).采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验、动电位极化测试、X射线光电子谱(XPS)、扫描电镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)等方法研究Er、Ce对AZ91镁合金显微组织以及在含Cl~-湿大气下应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响.结果表明,稀土Er、Ce添加后,β-Mg_(17)Al_(12)相由不连续网状分布转变为细小的弥散岛状分布,并生成Al_3Er和Al_(11)Ce_3金属间化合物,减少β-Mg_(17)Al_(12)相的体积分数;通过抑制β-Mg_(17)Al_(12)相的阴极作用,提高表面膜的致密性,改善合金抗局部腐蚀性能,阻滞裂纹的萌生、扩展以及弱化氢脆的影响,Er、Ce极大提高了AZ91镁合金的抗应力腐蚀性能,合金的应力腐蚀断口由脆性解理断裂转变为准解理断裂,且断口边缘局部腐蚀程度大大减轻.