高强钢丝蚀坑尺寸对应力集中效应的影响

斜拉桥拉索钢丝的力学性能对腐蚀极为敏感,腐蚀使钢丝表面产生的蚀坑会导致应力集中,削弱钢丝局部的疲劳抵抗能力,从而吸引疲劳裂纹从这里成核,这通常是斜拉桥拉索承载力和使用寿命降低的直接原因。为研究钢丝蚀坑尺寸的影响,基于数值模拟的方法,建立三维蚀坑模型来探讨蚀坑的长、宽、深对应力集中的影响。采用ANSYS建立高强钢丝的有限元实体模型,基于蚀坑的不同尺寸比例,即蚀坑深宽比、长宽比,模拟了深窄形和开放形蚀坑。通过有限元软件计算所得数据拟合出蚀坑尺寸因素与应力集中系数的曲线,根据所得曲线,拟合出蚀坑处应力集中系数随不同尺寸比变化的近似计算公式。基于蚀坑的应力分布图和应力集中系数随尺寸比的变化规律,探讨了蚀坑的长、宽、深对应力集中效应以及蚀坑处应力分布的影响,并横向比较了3个尺寸因素对应力集中效应的影响程度,结果表明,高强钢丝应力集中系数会随蚀坑深宽比或宽深比的增加而增加,而随蚀坑长度的增加而减小。此外,蚀坑长度的变化对高强钢丝应力集中系数的影响最为显著,蚀坑深度次之,而蚀坑宽度的影响最弱。     

氯离子对石油测井仪器用Cr13不锈钢点损伤行为的影响

采用高温高压模拟环境装置和实时动电位极化和交流阻抗技术对石油测井仪器用Cr13不锈钢在模拟井下不同氯离子环境中电极的腐蚀失重和电化学行为进行了研究.实验结果表明,当地层水或者钻井液中氯离子浓度较高时,Cr13不锈钢表面的点损伤难以避免;随着氯离子浓度的升高,Cr13的均匀腐蚀速率增大,试样表面点蚀坑增多;局部氯离子以FeCl2和FeCl3形式吸附是造成钝化膜损伤的主要原因.应尽量减少仪器在含氯离子环境中的停留时间或提高材料等级.     

混凝土内氯离子传输过程的元胞自动机模拟

提出一种模拟混凝土内氯离子传输的新方法,即元胞自动机模型(cellular automata model,简称CA模型).根据元胞自动机原理,将混凝土块及其周边环境看成是一个由大量均匀元胞构成的元胞空间,共分3个区域,即混凝土块内元胞、混凝土边界元胞和混凝土块外元胞.选用一维和二维von Neumann型元胞邻居进行模拟.首先,完美演绎出氯离子传输方程,即Fick第二定律(FSL),从理论上佐证元胞自动机模型的正确性;其次,用该模型模拟结果与在除冰盐、盐湖或海洋等氯离子环境下混凝土中的氯离子浓度实测值进行比较.结果表明,模拟结果与实测值基本相符,从而验证了本文元胞自动机模型的可行性和有效性.     

电化学方法研究混凝土模拟液中细晶粒钢的耐蚀性

通过腐蚀电位、线性极化法与循环极化法等电化学方法研究了细晶粒钢和普通低碳钢在模拟混凝土孔溶液中的均匀腐蚀与点蚀行为,并考虑了砂磨和未处理两种钢筋表面状况对钢筋腐蚀行为的影响.结果表明,细晶粒钢与普通低碳钢在模拟液中的耐均匀腐蚀的能力很接近;砂磨钢筋的钝化效果比未处理钢筋好;腐蚀末期砂磨钢筋表现出比未处理钢筋更强的抑制均匀腐蚀能力.循环极化测试表明：砂磨钢筋由于其相对均匀的表面组织形貌,故表现出比未处理钢筋更好的抑制点蚀能力;其次,由于细晶粒钢含有较多晶界,晶界处含有较多易发生点蚀的夹杂,故表面未处理细晶粒钢发生点蚀的概率稍大于未处理低碳钢.     

微量Ga对高压阳极铝箔腐蚀发孔性能的影响

采用金相显微镜和扫描电镜观察腐蚀形貌,结合动电位极化曲线测试点蚀电位,研究微量Ga对高压阳极铝箔腐蚀发孔性能的影响.结果表明,含Ga铝箔经退火后,点蚀电位约为-0.85V,比退火态不含Ga铝箔的点蚀电位负移约80 mV;退火后Ga在铝箔表面发生富集,增强了铝箔在含氯离子溶液中的点蚀倾向.当Ga含量20×10-6时,铝箔腐蚀区面积比约98％,腐蚀区内蚀坑数量众多、分布均匀,扩面效果显著;Ga含量达到80×10-6时,虽然腐蚀区面积比高,但腐蚀区内局部区域形成粗大蚀坑,腐蚀均匀性有所降低.因此,添加适量Ga可显著改善铝箔在HCl-H2SO4溶液中的腐蚀发孔性能.     

桥梁缆索钢丝裂纹扩展速率预测及疲劳寿命计算

为给桥梁缆索钢丝疲劳性能分析提供简单有效的方法,根据钢丝的微观组织结构和相关试验数据的统计分析结果,建立了钢丝疲劳裂纹扩展速率预测模型,并给出了模型参数的计算方法.通过变载刻痕法在原状钢丝上获取了稳定扩展区的疲劳裂纹扩展速率,预测模型较好地描述了试验获取的数据和文献中近门槛值区域钢丝的疲劳裂纹扩展规律.在此基础上,通过断裂力学方法计算了新钢丝和腐蚀钢丝的疲劳寿命并与试验数据相比较,结果表明:钢丝腐蚀不会对疲劳裂纹扩展速率产生影响,仍可用未腐蚀钢丝的力学性能通过本文方法进行预测,腐蚀钢丝疲劳寿命的变化是由于初始裂纹尺寸发生改变而引起.对于新钢丝和轻微腐蚀钢丝,可采用等效初始裂纹法进行疲劳寿命计算;当钢丝腐蚀较为严重时,疲劳总寿命基本由裂纹扩展寿命构成,初始裂纹尺寸即为真实锈坑深度.鉴于蚀坑深度分布的随机性,宜采用最大蚀坑深度对腐蚀钢丝进行疲劳寿命计算.     

基于裂纹扩展的锈蚀拉索疲劳寿命评估

将平行钢丝索视为一个多裂纹竞争的串-并联模型,通过点蚀不均匀系数确定锈蚀钢丝的初始裂纹尺寸. 基于疲劳裂纹扩展速率模型各参数的概率分布,采用疲劳失效全过程Monte-Carlo模拟法计算了不同断丝率下拉索的疲劳寿命,并通过试验数据对计算结果进行了验证. 结果表明：拉索断丝率随疲劳次数增加符合幂级数的增长规律,当拉索的断丝率达到10%之后,拉索的断丝率迅速增长而失去抵抗疲劳荷载的能力. 纤维束模型中串联钢丝单元划分越多,拉索的疲劳寿命越短,但这种趋势会随着钢丝单元数的增加而逐渐趋于稳定. 锈蚀拉索的疲劳寿命服从Weibull分布,点蚀效应缩短了钢丝裂纹萌生寿命,随锈蚀程度的增加,拉索疲劳寿命均值大幅下降,变异性减小,其抗疲劳性能快速劣化. 通过雨流计数法将随机荷载历程转化为疲劳荷载谱块的重复作用,基于钢丝的腐蚀发展规律计算了不同腐蚀程度拉索的疲劳寿命,建立了随机荷载作用下拉索腐蚀程度与疲劳寿命劣化之间的关系模型. 根据P-dc-N曲线可对锈蚀拉索服役期的疲劳可靠性进行评估,应用时需要准确掌握拉索钢丝的缺陷或腐蚀细节信息.     

交变荷载与腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝腐蚀行为特征及预测

为探究和预测交变荷载和腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝的腐蚀行为,通过加速试验制定不同锈蚀等级下的钢丝锈蚀图例,测量了相应锈蚀等级下锈蚀钢丝失重量、名义抗拉强度和断后延伸率,使用图像小波分解技术探讨了HSV和RGB色彩模式在表征钢丝锈蚀图像整体颜色与局部边缘轮廓特征方面的适应性,分析了不同锈蚀等级下钢丝锈蚀图像小波系数分量的L1范数均值和L1范数百分比与锈蚀钢丝平均失重量的相关性,建立了钢丝平均失重量的预测模型。研究发现:交变荷载和盐雾环境耦合作用下拉索钢丝呈现出明显的局部坑蚀现象,且钢丝名义抗拉强度和断后延伸率均随锈蚀失重量的增加而减小;钢丝腐蚀形态的改变主要体现在腐蚀钢丝表观颜色浓度和亮度的改变,而HSV色彩模式中的饱和度分量可较好地反映钢丝锈蚀图像整体颜色的变化,RGB色彩模式中的蓝色分量可较好地反映钢丝锈蚀图像局部蚀坑周围局部亮度的变化;拉索钢丝腐蚀图像与腐蚀失重量、名义抗拉强度之间存在良好的线性回归关系,可用于预测钢丝锈蚀失重量和名义抗拉强度。     

含裂纹高强钢丝的腐蚀损伤与拉伸性能研究

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究。提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高强钢丝拉伸受力性能的评价方法。结果表明：刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀蚀坑的系数,钢丝力学性能的变化是由于初始裂纹进一步腐蚀而引起,特别在腐蚀初期,钢丝处于非常不利的阶段,其受拉性能较低。建立的初始裂纹钢丝有限元模型,能较好地描述中性盐雾腐蚀试验和静力拉伸试验得出的质量损失率、截面面积损失率及极限强度的关系。     

多相高速流动环境中13Cr不锈钢冲刷腐蚀特性

以油井管13Cr不锈钢为研究对象,基于分离变量法控制实验参数,利用高速气固射流实验装置,测量冲刷速率;在2%NaCl射流液体中,测量材料表面电化学腐蚀速率;在2%NaCl液固两相流中,测量冲刷腐蚀速率。分别对3种实验中的试样进行表征,根据结果对材料冲刷与腐蚀间的相互作用进行讨论。结果表明随着溶液流速的增加,13Cr不锈钢的腐蚀速率增大,材料表面出现点蚀坑;颗粒冲刷速度的增大显著加速材料的损失,使材料表面出现片状划痕;在液固两相流动溶液中,冲刷速率远大于电化学腐蚀速率,并且两者相互促进,材料表面同时出现点蚀坑和片状划痕。     

海洋平台用中锰钢飞溅区海水腐蚀行为

通过干湿交替腐蚀实验研究了海洋平台用低碳中锰钢在海洋环境下飞溅区的海水腐蚀行为.通过电子显微镜研究了腐蚀产物的形貌特征,利用电子探针(EPMA)表征了锈层的截面形貌及腐蚀产物中元素的分布,采用X射线衍射仪对腐蚀产物进行了物相分析.结果表明:随着腐蚀时间的延长,腐蚀速率先是快速增加,达到峰值后下降,最后趋于稳定.腐蚀产物结构由疏松多孔状逐渐转化为致密厚实状,锈层对基体的保护能力逐渐增强.在高浓度氯离子环境下,腐蚀产物以γ-Fe OOH为主,并出现了锰的氧化物和铁锰氧化物两种物相,它们促进了腐蚀过程中的电化学反应.     

二氧化氯体系中碳钢缓蚀剂的研制及性能研究

研制了一种二氧化氯体系中的碳钢缓蚀剂。用静态失重法、电化学方法研究了A。3在质量分数为200×10^-6二氧化氯溶液中的电化学性能及加入缓蚀剂后对A3钢的缓蚀作用。几种研究方法结果一致表明：0．20g的GL与0．15mL的HEDP复配能使A3钢腐蚀率降低,腐蚀程度从重度腐蚀减轻到轻度腐蚀。此复配缓蚀剂的研究,对于碳钢在二氧化氯体系中的应用具有实际价值。     

Corrosion behavior and characteristics of the product film of API X100 steel in acidic simulated soil solution

The short-term corrosion behavior of API X100 steel in an acidic simulated soil was investigated by electrochemical measurements and soaking experiments, followed by corrosion morphology observations and X-ray photoelectron spectroscopy analyses. The results show that X100 steel exhibits an obvious pitting susceptibility in an acidic soil environment. Pits nucleate after approximately 10 h of immersion. Along with the nucleation and growth of the pits, the charge-transfer resistance and open-circuit potential first increase sharply, then decrease slowly, and eventually reach a steady state. The maxima of the charge-transfer resistance and open-circuit potential are attained at approximately 10 h. The evolution of the electrochemical process is confirmed by the analysis of the product film. The product film exhibits a porous and loose structure and could not protect the substrate well. The product film is primarily composed of ferrous carbonate and ferrous hydroxide (Fe(OH)₂). The concentration of Fe(OH)₂ in the product film increases from the inside to the outside layer.     

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.     

大牛地奥陶系马五段硫化氢腐蚀机理与影响因素

为了解决大牛地气田硫化氢腐蚀严重问题,分析了硫化氢腐蚀机理以及影响腐蚀程度的因素。结合大牛地奥陶系马家沟组马五段地质条件以及硫化氢赋存条件确定该区域硫化氢形成的机理,为硫酸盐热化学还原反应;且该区域存在的大量石膏层为含硫化氢气体提供了良好的圈闭条件。硫化氢腐蚀模拟试验模拟了马五段地层水环境对N80钢和P110钢的腐蚀程度,P110钢的腐蚀程度较N80钢轻微,两者均属于极严重腐蚀。结合腐蚀表面微观形貌观测与腐蚀产物能谱分析得出:大牛地奥陶系马家沟组马五段硫化氢腐蚀机理为高温高压下CO2/H2S电化学腐蚀为主;并伴随有高Cl-破坏腐蚀产物膜加速腐蚀。硫化氢腐蚀影响因素分析得出温度和CO2含量增加会加速硫化氢腐蚀。     

电迁移加速氯盐传输作用下混凝土中钢筋锈蚀

采用电迁移氯离子法加速了混凝土中钢筋的锈蚀过程.应用腐蚀电位、线性极化法、电化学阻抗谱法和循环极化法对比了C50与C80混凝土试件中钢筋的锈蚀行为.比较了混凝土保护层的开裂情况和钢筋的腐蚀形貌.分析结果表明:掺硅灰的C80试件具有优化的孔结构和较大的电阻率,显著延缓了氯离子到达钢筋表面的时间,因而表现出较好的耐蚀性;而...     

碳钢在四川典型盐化工环境中的大气腐蚀行为

为研究四川电网输变电设备在典型工业环境中的金属腐蚀特点,以便为输变电设备差异化防腐措施提供理论指导,选取碳钢为研究对象,针对四川典型盐化工城市自贡市,在该市乡村环境和重工业污染环境地区分别开展一年期大气腐蚀试验。通过宏观形貌观察、腐蚀速率测试、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射( XRD) 、电化学测试等多种方法,全面研究了碳钢在这两种环境下的大气腐蚀行为。研究结果表明：碳钢在自贡地区腐蚀程度较为严重,重工业污染环境大气腐蚀速率为32.14 μm/a,即使在乡村环境也受到较为严重的腐蚀,腐蚀速率达到21.92 μm/a。碳钢在上述两种环境中的大气腐蚀行为具有显著差异,在氯离子含量更高的重工业污染环境中,碳钢表面更容易生成针状腐蚀产物,锈层保护性差,腐蚀将进一步加速。为提高自贡地区输变电设备腐蚀防护效果,可采取在重工业污染地区适当提高防护等级的差异化防腐措施。     

316L不锈钢焊缝腐蚀行为的电化学研究

 316L不锈钢以其优良的耐腐蚀性能、加工性能和高抗氧化性能而被广泛应用于核电、石油、化工等领域.316L不锈钢的应用大多需要焊接成型,但焊接过程中化学成分,组织形态和相关性能的改变,使316L不锈钢的耐蚀性能降低,在焊缝接头处以及焊缝部位优先发生腐蚀,严重影响了不锈钢的使用寿命和安全性.本文采用交流阻抗法和阳极极化常规电化学方法,结合课题组自主研发的扫描微电极技术研究316L不锈钢焊缝区的腐蚀行为,探讨钨极氩弧焊和CO₂保护焊两种不同焊接方法对316L不锈钢抗腐蚀能力的影响以及氯离子浓度对焊接样品抗腐蚀能力的影响.结果表明,经过腐蚀电化学方法检测后,焊接样品的耐腐蚀性能较基材样品均发生明显降低,具体表现为氩弧焊焊接样品和CO₂保护焊焊接样品在阳极极化曲线的开裂电位E_b,腐蚀电位E_corr均较基材样品负,钝化区ΔE较基材样品变窄.交流阻抗谱测试得出氩弧焊焊接样品与CO₂保护焊焊接样品的电荷转移电阻R_ct均较基材样品小.同时,通过不同实验分析均表明,在NaCl溶液和FeCl₃溶液中,氩弧焊焊接样品的耐蚀性能较CO₂保护焊焊接样品好.实验结果还表明,随着氯离子浓度的升高,两种焊接样品的耐蚀性能均降低.     

碳钢油气输送管道不同沉积物下的腐蚀行为

利用失重法、电化学测试、丝束电极和微观分析手段研究了在CO2饱和地层水中X65碳钢覆盖不同沉积物的腐蚀行为。结果显示，覆盖沙粒、黏土和碳酸亚铁可减轻X65钢的腐蚀，而覆盖硫化亚铁、元素硫和混合物则明显加速钢的腐蚀。尤其是覆盖元素硫，试样的腐蚀速率急剧增大。覆盖混合物试样的腐蚀速率也有显著的增大，混合物中元素硫起主导作用。试样表面沉积的元素硫可自催化阴极反应而大大加速钢的腐蚀。丝束电极的电位和电流分布显示，覆盖混合沉积物的电极，其电极电位比无沉积物覆盖电极的电极电位正。随着腐蚀进行，沉积物覆盖下电极发生严重的局部腐蚀。丝束电极的电位和电流分布图能够有效反映沉积物下局部环境变化而导致的局部腐蚀行为差异。     

船用碳钢在电解压载水中的初期腐蚀行为

为研究压载水电解处理技术对压载舱腐蚀的规律,采用静态挂片失重、电化学测试以及扫描电镜(SEM)等方法研究低碳钢在电解压载水中的初期腐蚀行为.结果表明:低碳钢在余氯质量浓度为7.5、17和28 mg/L的压载水中的腐蚀速度分别约为其在天然海水中的1.25、1.46和1.7倍,且余氯质量浓度越高,温度对腐蚀加速的影响越大;试样在电解压载水中的腐蚀过程由阴极反应中的传质过程控制;碳钢在余氯质量浓度为7.5和17 mg/L压载水中的腐蚀形貌留有剥蚀、断裂的特征.腐蚀产物能谱分析表明:电解压载水腐蚀产物中的氯元素含量降低,产物层对氯离子的渗入具有较强的阻碍作用.