20CrMnTi齿轮钢的点蚀敏感性及裂纹萌生风险

利用弱腐蚀倾向的溶液环境,控制20CrMnTi钢产生有限的亚稳态蚀点分布.运用电化学噪声法,研究了20CrMnTi钢亚稳态蚀点的萌生规律,结合ANSYS有限元计算,导入真实腐蚀形貌,对比研究了不同腐蚀条件下蚀孔周边的应力分布与裂纹萌生风险.结果表明,20CrMnTi具有较高的点蚀敏感性,其亚稳态蚀点集中在杂质相边缘优先形核,随Cl-浓度的升高,点蚀孕育期明显缩短,点蚀敏感性增大.不同Cl-浓度下引起的形核速率上升会缩短蚀点间距,表面微裂纹易连接蚀点而发生扩展,增大裂纹萌生风险.     

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。     

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。     

α-Ti在甲醇溶液中应力腐蚀敏感性和钝化膜应力随电位变化的一致性

利用α-Ti在甲醇溶液中恒电位腐蚀形成钝化膜前后流变应力之差可直接测量钝化膜引起的平均应力.用X射线光电子能谱(XPS)研究了钝化膜的成分.结果表明,当腐蚀电位V≥-240mV时,钝化膜产生拉应力,且随电位下降,膜致拉应力逐渐下降;当电位V≤-280mV时,钝化膜引起压应力.α-Ti在甲醇溶液中应力腐蚀(SCC)敏感性随外电位的变化和膜致应力的变化相一致.当膜致应力是压应力时,不发生SCC;随膜致拉应力升高,SCC敏感性也升高.     

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.     

小锥度试样在研究应力腐蚀裂纹形核中的应用

尝试利用小锥度试样测量304不锈钢应力腐蚀裂纹的形核时间,以确定裂纹形核在整个断裂过程中的贡献.结果表明,用小锥度试样可以有效测量应力腐蚀裂纹的形核时间.对304不锈钢,在沸腾MgCl2溶液中应力腐蚀裂纹的形核时间与应力之间满足ti=4310exp(-0.0097σ),而断裂时间与应力的关系为tf=6964exp(-0.0095σ),说明应力腐蚀断裂时间的大部分来源于裂纹的形核过程.断口形貌与外加应力有关,随外加应力增大,断口的穿晶解理部分减少.     

外加阴极电位对模拟海水环境下21Cr2NiMo钢应力腐蚀行为的影响

海洋工程用系泊链钢经常遭受因阴极过保护导致的应力腐蚀开裂。因此,研究外加电位对系泊链钢的应力腐蚀影响规律及机制具有重要意义。本文旨在研究外加阴极电位对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律及机制。慢应变速率拉伸、电子背散射衍射和扫描电镜被用于本研究。以此为基础阐明了一类R5级别高强系泊链钢（21Cr2NiMo）在外加阴极电位下的应力腐蚀行为及机制。研究结果表明,21Cr2NiMo钢在强阴极极化下氢脆的敏感性较高;当外加电位在?775 mV vs. SCE时应力腐蚀敏感性最低;当外加电位低于?950 mV vs. SCE时应力腐蚀敏感性迅速升高。随着外加电位的降低断口形貌由穿晶型向沿晶型转变。随着外加阴极电位降低,沿晶型开裂从沿着板条贝氏体晶界开裂向沿着原奥氏体晶界开裂转变。扫描电镜结果表明点蚀促进了应力腐蚀裂纹萌生。随着外加电位降低,应力腐蚀机制由阳极溶解和氢脆机制混合控制转变为单一氢脆机制控制。     

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     

热处理工艺及环境介质对2Cr13钢腐蚀疲劳性能的影响

本文研究了2Cr13钢在正常调质处理与双重处理(见表2)后,在不同介质条件(大气,水溶液,22%Nacl 水溶液)、不同温度(40℃,80℃)、以及不同应力集中系数(K_1=1.74,K_1=3)下对腐蚀疲劳特性的影响。研究表明,在大气中双重处理比普通调质工艺下的腐蚀疲劳强度(N=10~7)提高7%,在80℃,3%Nacl水溶液中,在与正常调质腐蚀疲劳极限(N=10~7)相同的应力水平下,双重处理后的疲劳寿命可提高两倍以上。用扫描电镜观察了疲劳断口,正常调质后2Cr13钢在80℃,Nacl 水溶液中疲劳源多数由点蚀引起,而双重处理后裂纹源却不一定萌生于蚀坑,它属于点蚀与腐蚀疲劳相叠加的不稳定钝化态腐蚀疲劳。双重处理后具有较高的点蚀抗力和良好的韧性是腐蚀疲劳强度提高的主要原因。     

pH值对高温高压水中304L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温高压水环境中,采用慢应变速率拉伸试验方法,研究了不同pH值对304L不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响规律,并通过扫描电镜对试样断口形貌进行观察与分析.结果表明:在300℃时,304L不锈钢在弱酸性和弱碱性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较大,且酸性越强,敏感性越大.在中性溶液中,304L不锈钢的强度和塑性损失较小,应力腐蚀敏感性较小,断口分析与之吻合.     

Effect of hydrogen on the stress corrosion cracking behavior of X80 pipeline steel in Ku'erle soil simulated solution

Hydrogen was a key factor resulting in stress corrosion cracking (SCC) of X80 pipeline steel in Ku'erle soil simulated solution. In this article, the effect of hydrogen on the SCC susceptibility of X80 steel was investigated further by slow strain rate tensile test, the surface fractures were observed using scanning electron microscopy (SEM), and the fracture mechanism of SCC was discussed. The results indicate that hydrogen increases the SCC susceptibility. The SEM micrographs of hydrogen precharged samples presents a brittle quasi-cleavage feature, and pits facilitate the transgranular crack initiation. In the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement, the decreased polarization resistance and the pitting resistance of samples with hydrogen indicate that hydrogen increases the dissolution rate and deteriorates the pitting corrosion resistance. The potentiodynamic polarization curves present that hydrogen also accelerates the dissolution rate of the crack tip.     

溶解氧和温度对O6Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢在超临界水中应力腐蚀的影响

通过慢应变速率拉伸试验,在超临界水环境中研究了溶解氧和温度对06Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢的应力腐蚀开裂倾向的影响规律. 试验结果表明:在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 ) 的450℃和550℃超临界水环境中,不锈钢都呈现出不同程度的应力腐蚀开裂倾向. 随着水中溶解氧含量的增加,不锈钢的应力腐蚀开裂倾向更为明显. 随着温度的上升,应力腐蚀开裂倾向反而会下降. 在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 )的650℃超临界水环境中,不锈钢只发生塑性断裂,未发现应力腐蚀开裂倾向,并且溶解氧对其影响也不是很明显.     

Stress corrosion cracking of X80 pipeline steel exposed to high pH solutions with different concentrations of bicarbonate

Susceptibilities to stress corrosion cracking (SCC) of X80 pipeline steel in high pH solutions with various concentrations of HCO₃? at a passive potential of ?0.2 V vs. SCE were investigated by slow strain rate tensile (SSRT) test. The SCC mechanism and the effect of HCO₃? were discussed with the aid of electrochemical techniques. It is indicated that X80 steel shows enhanced susceptibility to SCC with the concentration of HCO₃? increasing from 0.15 to 1.00 mol/L, and the susceptibility can be evaluated in terms of current density at ?0.2 V vs. SCE. The SCC behavior is controlled by the dissolution-based mechanism in these circumstances. Increasing the concentration of HCO₃? not only increases the risk of rupture of passive films but also promotes the anodic dissolution of crack tips. Besides, little susceptibility to SCC is found in dilute solution containing 0.05 mol/L HCO₃? for X80 steel. This can be attributed to the inhibited repassivation of passive films, manifesting as a more intensive dissolution in the non-crack tip areas than at the crack tips.     

QT工艺对一种B-Nb低碳贝氏体钢 组织及强韧性的影响

通过室温拉伸、摆锤冲击、光学及扫描电镜研究了QT(淬火+回火)工艺对实验钢晶界比例、晶粒尺寸、碳化物析出情况及强韧性的影响，并对其变体的分布及组合方式进行了分析.结果表明:随着回火温度的升高，实验钢强度逐渐降低，塑性逐渐提高;450T和500T钢断口为准解理型断裂，贝氏体板条间析出的碳化物及较低比例的大角度晶界使得冲击韧性较差;而600T和650T钢断口为韧窝断裂，组织中大角度晶界的比例增加，有效地阻碍了裂纹的扩展.变体分析表明，450T钢变体组合方式介于Bain group和CP(close packed)group之间，而600T钢变体之间呈现较明显的CP组合方式，同一CP group内的变体取向差较大，偏折了裂纹传播路径，提高了低温韧性.     

304不锈钢在模拟压水堆一回路水中高温电化学腐蚀行为

通过模拟压水堆一回路水环境,研究了氯离子浓度和溶解氧对304不锈钢高温电化学腐蚀行为的影响.动电位极化曲线结果表明,氯离子浓度主要影响高电位下的二次钝化效应,低电位下影响效果不明显,结合X射线光电子能谱对氧化膜元素成分的分析发现二次钝化效应与氧化膜中Fe/Cr元素含量比密切相关.电化学阻抗谱和扫描电镜结果表明,随着氯离子浓度增加,氧化膜阻抗逐渐降低,表面外层氧化物颗粒和间隙逐渐增大,耐腐蚀性能降低.随着溶解氧含量的升高,304自腐蚀电位逐渐升高,钝化电流密度降低,钝化区间缩小,表面氧化膜阻抗逐渐增加.     

铁素体不锈钢热轧板材的拉伸行为和断裂特征

用金相显微镜、X射线衍射仪、SEM手段研究2种铁素体不锈钢热轧板材0.04C-16Cr、0.02C-12Cr在室温下的拉伸行为和断裂特征.结果表明,这2种铁素体不锈钢的强度高,但塑性较差;C、Cr含量较低的0.02C-12Cr钢的强度、硬度均较0.04C-16Cr的高,这是由于0.02C-12Cr在空冷过程中产生了大量的马氏体;2种钢室温下都为韧性断裂,其断口微观形貌主要为细小韧窝聚集,沿轧制方向分布的条带组织中存在细小的碳化物颗粒,成为韧窝的发源地;部分断口出现了分层和侧向开裂现象.分析其断口形貌、断裂过程和组织特征,可知沿着轧制方向分布的条带组织致使材料表现出上述力学行为和断裂特征.     

Effect of shot peening on hydrogen embrittlement of high strength steel

The effect of shot peening (SP) on hydrogen embrittlement of high strength steel was investigated by electrochemical hydrogen charging, slow strain rate tensile tests, and hydrogen permeation tests. Microstructure observation, microhardness, and X-ray diffraction residual stress studies were also conducted on the steel. The results show that the shot peening specimens exhibit a higher resistance to hydrogen embrittlement in comparison with the no shot peening (NSP) specimens under the same hydrogen-charging current density. In addition, SP treatment sharply decreases the apparent hydrogen diffusivity and increases the subsurface hydrogen concentration. These findings are attributed to the changes in microstructure and compressive residual stress in the surface layer by SP. Scanning electron microscope fractographs reveal that the fracture surface of the NSP specimen exhibits the intergranular and quasi-cleavage mixed fracture modes, whereas the SP specimen shows only the quasi-cleavage fractures under the same hydrogen charging conditions, implying that the SP treatment delays the onset of intergranular fracture.     

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.     

螺栓球节点中高强度螺栓的超低周疲劳破坏特征

为研究大震下网格结构螺栓球节点的破坏特征及机理,设计了杆件与螺栓球节点组合试件,采用FCS电液伺服结构试验系统对试件进行低周往复加载试验,加载制度为不对成等幅加载,获得了不同幅值加载下试件中高强度螺栓的变形特征。通过对高强螺栓断口的宏、微观分析探讨螺栓球节点中高强度螺栓低周疲劳破坏特征及机理,获得以下结论：随着加载制度中位移幅值增大,螺栓球节点组合试件中高强度螺栓的疲劳寿命减小,断口的疲劳源增加,扩展区面积减小,瞬断区表面不平整性程度提高;在较低位移幅值的加载制度下,螺栓的起裂机理偏向脆性断裂,随着加载制度位移幅值增大高强度螺栓的起裂机理由脆性断裂向准解理断裂转变,螺栓断口的瞬断区呈现偏向韧性断裂的特征。