海洋结构用钢在海洋大气中的氢脆机制研究

论文摘要

氢致开裂以及氢脆现象一直是困扰着石油生产及石油化工的一个重要问题。钢材的氢脆易造成巨大的腐蚀灾难。目前,随着石油开采钻井的深度的加深,石油开采中钢材所处的环境越来越恶劣。硫化氢,二氧化碳以及盐水等腐蚀介质可导致普通腐蚀,硫化物腐蚀,二氧化碳腐蚀,氢的渗透等腐蚀现象。这些腐蚀现象的存在,大大限制了石油工业的发展。硫化氢的存在可引起钢材的氢脆现象,给安全生产带来极大的隐患。然而,研究者对于氢脆现象的研究大部分是在本体溶液中的,对于在大气腐蚀中的氢脆现象的研究并不多见,并且对于动载条件下的氢渗透研究更为鲜见。本文通过电化学研究方法及慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了从实验室模拟到实际海洋大气环境中,海洋大气对材料渗氢性能的影响及对材料应力腐蚀敏感性的影响,特别是在硫化氢及二氧化硫存在的条件下的影响。结果表明,从实验室模拟到实际海洋大气环境,材料都存在氢渗透现象,硫化氢及二氧化硫的存在可加速材料氢渗透现象,材料应力腐蚀敏感性也随其浓度的增大而增大。结合SEM实验结果,随硫化氢及二氧化硫浓度增大,金属材料由韧性断裂向脆性断裂转变。腐蚀失重实验表明,腐蚀失重与材料氢渗透量之间存在着线性关系。据此研制腐蚀失重传感器,实验结果表明,传感器结果与实际腐蚀失重结果一致,并且该传感器使用方便,可原位、随时、便捷地调查材料腐蚀失重,具有高适应性、高灵敏度的特点。本文还研究了动载条件下,海洋大气环境中形变对材料氢渗透现象的影响。结果表明,弹性变形阶段,氢渗透电流变化不大,当试样屈服后,氢渗透电流突然下降,然后又回复到一个稳定值,这与氢陷阱的形成有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 研究背景
• 2 大气腐蚀
• 2.1 大气腐蚀的概念及其分类
• 2.2 影响大气腐蚀的因素
• 2.3 大气腐蚀试验的研究方法
• 2.4 大气腐蚀的危害及防护方法
• 3 氢与金属
• 3.1 氢的渗入
• 3.2 氢在金属中的溶解和扩散
• 3.3 氢渗透研究方法
• 3.4 氢对金属材料性能的影响
• 4 本文研究意义及研究内容
• 第二章 金属在海洋大气环境中的氢渗透行为研究
• 1 引言
• 2 干湿交替作用下金属的氢渗透行为
• 2.1 实验材料的准备
• 2.2 实验用溶液的配制
• 2.3 实验装置
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 干湿循环蒸馏水条件下金属的氢渗透行为
• 2.4.2 干湿循环海水条件下金属的氢渗透行为
• 2S 浓度对干湿循环海水条件下金属氢渗透的影响'>2.4.3 不同H₂S 浓度对干湿循环海水条件下金属氢渗透的影响
• 2 浓度对干湿循环海水条件下金属氢渗透的影响'>2.4.4 不同SO₂浓度对干湿循环海水条件下金属氢渗透的影响
• 3. 模拟海洋大气环境中钢材的氢渗透
• 3.1 实验材料的准备、实验溶液的配制及实验装置
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 模拟海洋大气环境中金属的氢渗透行为
• 2S 对模拟海洋大气环境中金属氢渗透的影响'>3.2.2 不同浓度H₂S 对模拟海洋大气环境中金属氢渗透的影响
• 2 对模拟海洋大气环境中金属氢渗透的影响'>3.2.3 不同浓度SO₂对模拟海洋大气环境中金属氢渗透的影响
• 4. 实际海洋大气环境中钢材的氢渗透
• 4.1 实验材料的准备、实验溶液的配制及实验装置
• 4.2 结果与讨论
• 5. 海洋大气环境中腐蚀失重传感器研制
• 6. 本章小结
• 第三章 大气环境中材料应力腐蚀开裂敏感性研究
• 1 引言
• 2 实验方法
• 2.1 实验材料的准备
• 2.2 实验用溶液的配制
• 2.3 实验装置及试验方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 16Mn 钢和X56 钢在空气中的应力应变曲线
• 3.2 16Mn 钢和X56 钢在模拟海洋大气环境中的应力应变曲线
• 2S 的海洋大气环境中的应力应变曲线'>3.3 16Mn 钢和X56 钢在含H₂S 的海洋大气环境中的应力应变曲线
• 2 的海洋大气环境中的应力应变曲线'>3.4 16Mn 钢和X56 钢在含SO₂的海洋大气环境中的应力应变曲线
• 4 本章小结
• 第四章 动载条件下金属在大气环境中的氢渗透行为
• 1 引言
• 2 实验材料及实验溶液的准备以及实验装置
• 3 结果与讨论
• 3.1 空气中钝化电流
• 3.2 试样在模拟大气环境中的氢渗透电流
• 4 本章小结
• 第五章 海洋大气环境中金属材料致脆机制
• 1 大气环境中氢渗透的起因
• 2 大气环境中氢渗透的影响因素
• 2.1 干湿循环的影响
• 2.2 空气污染物的影响
• 2.3 腐蚀产物膜的影响
• 2.4 材料受力状态的影响
• 3 本章小结
• 第六章 总结论
• 参考文献
• 研究生期间发表论文及申请专利
• 致谢