X80钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为.pdf
《X80钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《X80钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期 年月有色金属工程N o n f e r r o u sM e t a l sE n g i n e e r i n gV o l ,N o A p r i l d o i:/j i s s n 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金面上项目()F u n d:S u p p o r t e db yt h eG e n e r a lP r o j e c to f t h eN a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a()作者简介:刘馨忆(),女,博士研究生,材料科学工程.通信作者:
2、吴明(),男,教授,博士,油气储运工程;王旭(),男,教授,博士,材料科学工程.引用格式:刘馨忆,吴明,唐亮,等X 钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为J有色金属工程,():L I UX i n y i,WU M i n g,T AN G L i a n g,e ta l S t r e s sC o r r o s i o nB e h a v i o ro fX S t e e lU n d e rA l t e r n a t i n g W e ta n dD r yC a t h o d i cP o t e n t i a lJN o n f e r r o u sM e t a
3、l sE n g i n e e r i n g,():X 钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为刘馨忆,吴明,唐亮,王旭,孙东旭,杜金,荆思文(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛 ;辽宁石油化工大学 石油与天然气工程学院,辽宁 抚顺 ;大连长之琳科技股份有限公司,辽宁 大连 ;中国石油天然气管道科学研究院有限公司,河北 廊坊 ;山东兖矿智能制造有限公司,山东 济宁 )摘要:通过电化学和慢应变速率拉伸试验,研究了X 钢在干湿交替海洋环境中不同阴极电位下的应力腐蚀开裂(S C C)机理.结果表明:mV电位降低了钢的腐蚀电流密度,电流密度随外加电位的减小而增大,由于应变的作用,阴极保护
4、效果逐渐降低.与不加电位相比,钢在 mV电位下的S C C敏感性降低了 ,而在 mV电位下的敏感性提高了 ,从韧性断裂转变为脆性断裂.外加电位的保护作用是通过抑制钢的阳极溶解来实现的,随着电位的降低,引发剧烈的析氢反应,导致S C C敏感性升高.关键词:应力腐蚀;X 钢;阴极电位;干湿交替中图分类号:T E ;T E 文献标志码:A文章编号:()S t r e s sC o r r o s i o nB e h a v i o ro fX S t e e lU n d e rA l t e r n a t i n gW e t a n dD r yC a t h o d i cP o t e
5、n t i a lL I UX i n y i,WU M i n g,T ANGL i a n g,WANGX u,S UND o n g x u,DUJ i n,J I NGS i w e n(C o l l e g eo fP i p e l i n ea n dC i v i lE n g i n e e r i n g,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m,Q i n g d a o ,C h i n a;C o l l e g eo fP e t r o l e u mE n g i n e e r i n g,L i a
6、o n i n gP e t r o c h e m i c a lU n i v e r s i t y,F u s h u n ,C h i n a;D a l i a nC h a n g z h iL i nT e c h n o l o g yC o,L t d,D a l i a n ,C h i n a;C h i n aP e t r o l e u mP i p e l i n eR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,L a n g f a n g ,C h i n a;S h a n d o n gY a n k u a n g
7、I n t e l l i g e n tM a n u f a c t u r i n gC o,L t d,J i n i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:S t r e s sc o r r o s i o nc r a c k i n g(S C C)m e c h a n i s m o fX s t e e lu n d e rd i f f e r e n tc a t h o d i cp o t e n t i a l si na l t e r n a t i n gw e ta n dd r y m a r i n ee n v i r o
8、n m e n ti si n v e s t i g a t e db ye l e c t r o c h e m i c a lt e s ta n ds l o ws t r a i nr a t et e n s i l et e s t T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e c a t h o d i cp o t e n t i a l o f mVr e d u c e s t h e c o r r o s i o nc u r r e n t d e n s i t yo f s t e e l,a n d t h ec o r
9、r o s i o nc u r r e n td e n s i t y i n c r e a s e sw i t ht h ed e c r e a s eo f a p p l i e dp o t e n t i a l T h ee f f e c to f c a t h o d i cp r o t e c t i o ng r a d u a l l yd e c r e a s e sd u e t os t r a i n C o m p a r e dw i t hn oa p p l i e dp o t e n t i a l,t h eS C C s u s c
10、 e p t i b i l i t yo fs t e e l a t mVp o t e n t i a l i sr e d u c e db y ,w h i l e t h es u s c e p t i b i l i t ya t mVp o t e n t i a l i s i n c r e a s e db y ,t h es p e c i m e n sc h a n g ef r o md u c t i l e f r a c t u r et ob r i t t l ef r a c t u r e T h ep r o t e c t i o ne f f
11、 e c to ft h ea p p l i e dp o t e n t i a l i sa c h i e v e db yi n h i b i t i n gt h ea n o d i cd i s s o l u t i o no ft h es t e e l W i t ht h ed e c r e a s eo ft h ep o t e n t i a l,s e v e r eh y d r o g e ne v o l u t i o nr e a c t i o ni st r i g g e r e d,r e s u l t i n g i nh i g h
12、 e rS C C s u s c e p t i b i l i t y K e yw o r d s:s t r e s sc o r r o s i o n;X s t e e l;c a t h o d ep o t e n t i a l;a l t e r n a t e w e t a n dd r y第期刘馨忆等:X 钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为海洋拥有丰富的油气资源,其开发利用备受关注,.随着海洋资源的不断开发,管线钢作为一种常见的运输材料,其需求量不断扩大,对钢强度的要求也在不断提高,.X 高强度管线钢在陆地石油输送工程中发展迅速,在海洋管道建设中也有望得到广泛应用
13、.高强钢在使用过程中存在较高的应力腐蚀开裂(S t r e s sc o r r o s i o nc r a c k i n g,S C C)风险,且随着材料强度的增加,S C C风险会增大.高强度钢在复杂恶劣海洋环境中的使用安全问题日益突出.干湿交替的海洋环境,由于材料表面水分交替、盐沉积和充气性充足,是腐蚀的严重区域.据调查,X 钢在干湿交替海洋环境中的应力腐蚀行为鲜有报导.管道通常通过阴极保护和防腐涂层来降低腐蚀风险.然而,对管道进行阴极保护会促进涂层的剥离,并且涂层剥离也可能使阴极保护电位负移,加速阴 极 析 氢 反 应(H y d r o g e n E v o l u t i o
14、 n R e a c t i o n,HE R),促进钢的氢脆(H y d r o g e nE m b r i t t l e m e n t,HE),.Z HAO等 研究了阴极极化对海水高强度紧固件用 C r M o钢S C C开裂的影响,认为阳极溶解(A n o d i cD i s s o l u t i o n,A D)是O C P下的主要开裂机制,而HE在 mV以下电位下占主导地位.S UN等 研究了X 钢在海泥溶液中阴极电位 作 用 下 的S C C行 为,表 明 当 阴 极 电 位 从 mV转移到 mV时,钢的S C C敏感性急剧增加.WU等 研究了全浸海洋环境中阴极电 位 对
15、X 钢S C C敏 感 性 的 影 响,表 明 在 mV以下钢的S C C机制由A D转变为HE.然而在不同的环境中,X 钢在阴极电位作用下的S C C机理是否一致,有待进一步研究.综上所述,阴极保护下X 钢的S C C问题具有实际工程背景和理论研究价值,而在干湿交替的海洋环境中阴极保护的研究鲜有报导.因此,本文研究了在干湿交替海洋环境中,阴极电位对X 钢S C C行为及机理的影响.实验 材料与环境实验材料为A P I LX ,其基本力学性能在课题组已发表的论文中测试给出,力学性能参数见表,主 要 由 铁 素 体 和 粒 状 贝 氏 体 组 成(图).拉 伸 试 样 尺 寸 如 图所 示.溶
16、液 配 置 为 N a C l模 拟 海 水.根 据 潮 汐 时 间 表,选 择干/湿比为/.由定时蠕动泵、传感器和加湿装置等自组装腐蚀装置实现环境,装置原理图见课题组已发表的论文.拉伸试样表面涂覆硅胶,露出测试区域 mm mm,封装后在拉伸机 上 对 试 样 施 加 不 同 的 应 力,分 别 为 无 应 力、s(E S)和 塑 性 应 变(P S).采 用 恒 电位仪对试样施加阴极保护,饱和甘汞电极(S C E)为参 比 电 极(R E),铂 片 为 对 电 极(C E).此 外,O C P表示不施加电位的 对照组.所有 实验均在恒定 的环境温度下进行三次测试,以确保数据的可靠性.表实验钢
17、的基本力学性能参数T a b l eB a s i cm e c h a n i c a l p r o p e r t yp a r a m e t e r so fe x p e r i m e n t a l s t e e lG r a d eo fs t e e lY i e l ds t r e n g t hs/MP aU l t i m a t es t r e n g t hb/MP aE l o n g a t i o n/R e d u c t i o no f a r e a/X 图X 钢微观组织F i g M i c r o s t r u c t u r eo fX
18、 s t e e l图拉伸试样几何尺寸(单位:毫米)F i g G e o m e t r yo f t e n s i l e s p e c i m e n(U n i t s:mm)有 色 金 属 工 程第 卷 电化学测试电化学测试在P A R S T AT A工作站上进行.腐蚀天的样品为工作电极,S C E为R E,铂片为C E.测试开路电位 s后,在 mV正弦信号下,k H z范 围 内 进 行E I S测 试,在 mV/s的扫描速率下,测试了V范围内的动电位极化曲线.慢应变速率拉伸实验(S S R T)依照G B/T 标准进行S S R T实验,在L E T R Y WDML 拉
19、伸 机 上 进 行,应 变 速 率 为 s.表征测试采用X射线电子能谱仪(X P S)(P H I )测定了腐蚀产物的组成.对腐蚀的试样和S S R T测试后的试样进行超声波除锈处理,用S EM(S U )观察腐蚀形貌.结果 电化学行为X 钢 在 阴 极 电 位 下 的 动 电 位 极 化 曲 线 如图所示.从图 a可以看出,阳极支路以阳极溶解为特征,随着外加电位的减小,曲线逐渐向右偏移.如图 b所示,在弹性应 变条件下,AD随着外加 电 位 的 降 低 而 加 速.在 图 c中,对 于 加载到塑性应 变的试 样,mV的AD明 显 低于O C P试样,并且随着电位的降低而逐渐增大.通过T a
20、f e l拟合得到腐蚀电流密度(Ic o r r),如图所示.在相同的保护条件下,塑性变形导致更强烈的腐蚀电 流密度.在 mV条 件下,保护效果最好.同时,腐蚀电流密度随外加电位的减小而逐渐增大.图为阴极保护下钢的E I S曲线.N y q u i s t图 a、c、e中,在不同应力条件下,mV的阻抗弧最大,其次是O C P.b o d e图 b、d、f中,|Z|值呈相应的逐渐减小趋势.mV时相位角最大,有研究表明测试的相角接近 ,试样具有良好的耐蚀性.用等效电路图R(Q(R(Q R)拟合E I S曲线得到的数据如图所示,式中R为电阻,Q为双层电容.由图可以看出,在 mV无应力条件下,阻抗值最
21、大.随着外加电位的减小,阻抗逐渐减小至低于O C P.这与动电位极化曲线的结图钢外加电位腐蚀天的动电位极化曲线:(a)无应力,(b)E S,(c)P SF i g P o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v eo f dc o r r o d e ds t e e l u n d e ra p p l i e dp o t e n t i a l:(a)S t r e s s f r e e,(b)E S,(c)P S果一致.X I E等 研究了X 钢在不同阴极电位下全浸腐蚀行为,其结果表明,钢在 mV下阻抗值最高,且
22、随电位的降低而减小,与实验结果一致.但值得注意的是,在相同电位下,本实验的阻抗小于X I E等 的研究,说明干湿交替环境降低了钢的腐蚀性能.第期刘馨忆等:X 钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为图腐蚀电流密度F i g C o r r o s i o nc u r r e n td e n s i t y图钢在外加电位腐蚀天的N y q u i s t和B o d e曲线:(a)和(b)无应力,(c)和(d)E S,(e)和(f)P SF i g N y q u i s t a n dB o d e c u r v e s o f dc o r r o d e d s t e e l u n
23、d e r a p p l i e dp o t e n t i a l:(a)a n d(b)S t r e s s f r e e,(c)a n d(d)E S,(e)a n d(f)P S有 色 金 属 工 程第 卷图E I S拟合数据F i g E I Sf i t t e dd a t a 腐蚀形貌图为阴极保护下钢的腐蚀形貌.从图(a至d)可知,试样不受力时,O C P样品表面发生腐蚀,当电位 mV时,表面的腐蚀程度明显降低,且随着电位的降低,腐蚀逐渐不可见.在图(e至h)中,O C P E S试样表面出现点蚀,施加电位的试样表面逐渐受到保护,直到没有明显的腐蚀.如图(i至l)所示,
24、O C P P S试样的腐蚀更严重,随着外加电位的减小腐蚀程度减小,在 mV时仍然可以在表面划痕处观察到轻微腐蚀.由此可见,阴极保护可以减缓钢的腐蚀,但应变会加剧腐蚀,尤其是塑性应变.图施加不同电位不同应力试样的腐蚀形貌:(a)O C P,(b)m V,(c)m V,(d)m V,左列无应力试样,中间列E S试样,右列P S试样F i g C o r r o s i o nm o r p h o l o g yo f s t e e l u n d e rd i f f e r e n t a p p l i e dp o t e n t i a l a n ds t r e s s:(a)O
25、 C P,(b)m V,(c)m V,(d)m V,s t r e s s f r e e s p e c i m e n s i nt h e l e f t c o l u m n,E Ss p e c i m e n s i nt h em i d d l ec o l u m n,a n dP Ss p e c i m e n s i nt h e r i g h t c o l u m n 应力腐蚀敏感性施加不同阴极电位条件下X 钢的应力应变曲线如图所示.从图可以看出,施加阴极电位增加了钢的强度.这是由于额外的阴极电位加剧了HE R,从而产生了氢原子,这些氢原子被钢捕获并固定在位错上
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- X80 干湿 交替 阴极 电位 应力 腐蚀 行为
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。