低合金高强度钢应力腐蚀研究

论文摘要

针对军事装备日常维护中发生腐蚀的现象,以埋地管线应力腐蚀事故为背景,首次采用含水土壤（真实土壤+去离子水）对API X60钢进行了应力腐蚀规律的研究。采用无缺口拉伸试样进行慢应变速率拉伸实验（SSRT）,研究了X60钢在含水土壤中的应力腐蚀规律。为了探讨氢在X60钢应力腐蚀中的作用,采用电化学方法研究了氢在钢中的扩散规律,建立了充氢电流与X60钢中可扩散氢浓度间的定量关系。同时,对常规兵器材料30CrMnSiA钢的氢致应力腐蚀进行了初步的研究,为未来的军事装备的腐蚀与防护研究提供了理论依据。1.ε≤4.2×10-7/s,API X60钢光滑试样在含水土壤中慢拉伸时能发生穿晶应力腐蚀,应力腐蚀敏感性为Iδ=35%（ε=4.2×10-7/s）和Iδ=20%（ε=8.3×10-8/s）。2.API X60钢恒载荷试样在含水土壤中能发生应力腐蚀,其门槛应力强度因子KISCC=0.73 KC,其中KC为薄试样的平面应变断裂韧性。3.API X60钢在含水土壤中SCC敏感性随外加电位的降低而升高,即阳极极化降低SCC敏感性,而阴极极化则升高SCC敏感性,并且电位差ΔE愈大,影响愈明显。4.API X60钢在含水土壤中腐蚀过程引起的附加应力σa随外加电位的降低而升高,即阳极极化使σa略为下降,但阴极极化则明显升高。5.API X60钢在不同外电位的土壤中SCC时,其应力腐蚀敏感性Iδ随附加应力σa的升高而升高。6.API X60钢在充氢溶液（0.5mol/L H2SO4+0.25g/L As2O3）中充氢时,可扩散氢浓度（C0）与充氢电流的方根（ i ）呈线性关系,即C0=-1.58+1.56 i。7.在mV阴极极化条件下,土壤中水溶液里的氢原子有向API X60钢中扩散的趋势。当mV时,氢原子向未充氢的X60钢中扩散的浓度可达到与5mA/cm2预充氢浓度相当水平。8.在阴极极化条件下,氢浓度对API X60钢附加应力的产生有较明显的作用;而在阳极极化条件下,氢浓度对附加应力的影响作用则几乎看不到了。9.30CrMnSiA钢在0.5mol/L H2SO4+0.25g/L As2O3中溶液充氢,可扩散氢浓度C0随充氢电流i的增加而增加。10.30CrMnSiA钢的冲击韧性随钢中可扩散氢浓度C0的增加而降低。当C0≥0.42×10-4%,其冲击韧性不再随氢浓度增加而降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 立题依据及研究的意义
• 1.1.1 我国军事装备的腐蚀现状
• 1.1.2 军事装备在服役环境下的腐蚀特点
• 1.1.3 火炮系统在服役环境下的腐蚀特点
• 1.1.4 课题的研究意义
• 1.2 低合金高强度钢的定义及标准
• 1.2.1 中国标准
• 1.2.2 国际标准
• 1.3 管线钢的研究背景及现状
• 1.3.1 管线钢的应用与发展
• 1.3.2 管线钢的标准与生产
• 1.4 管线钢的应力腐蚀
• 1.4.1 应力腐蚀机理
• 1.4.2 研究应力腐蚀的方法
• 1.4.3 应力腐蚀的表征参量
• 1.4.4 管线钢的土壤应力腐蚀
• 1.4.5 影响管线应力腐蚀的因素
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 2 X60 管线钢在土壤中的应力腐蚀
• 2.1 前言
• 2.2 实验过程
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 X60 力学性能随试样厚度的变化
• 2.3.2 慢应变速率试验（SSRT）
• 2.3.3 恒载荷实验
• 2.4 讨论
• 2.5 结论
• 3 电位对管线钢土壤应力腐蚀敏感性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果
• a'>3.3.1 不同极化条件下腐蚀产物膜引起的附加应力σ_a
• 3.3.2 不同极化条件下X60 钢的应力腐蚀敏感性
• 3.3.3 断口形貌
• 3.4 讨论
• 3.5 结论
• 4 X60 钢的氢致断裂敏感性
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 X60 钢不同电流下的氢浓度
• 4.2.2 预充氢样的空拉实验
• 4.2.3 预充氢样在含水土壤中的SSRT
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 X60 钢的氢浓度
• 4.3.2 预充氢下X60 钢的应力腐蚀敏感性
• 4.3.3 X60 钢充氢后的土壤应力腐蚀
• 4.4 讨论
• 4.5 结论
• 5 30CrMnSiA 钢的氢致应力腐蚀研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 30CrMnSiA 钢的成分及力学性能
• 5.2.2.30 CrMnSiA 钢的氢浓度实验
• 5.2.3 预充氢30CrMnSiA 钢的冲击断裂实验
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 30CrMnSiA 钢的氢浓度
• 5.3.2 预充氢30CrMnSiA 钢的冲击实验
• 5.4 讨论
• 5.5 结论
• 6 全文结论
• 6.1 研究工作的主要结论
• 6.2 研究工作的主要创新点
• 6.3 研究工作的展望与不足
• 附表A API、EN、DIN 标准中一般管道钢材的机械性能
• 附录B 部分实验室管线钢SCC 研究所用腐蚀介质
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文及成果
• 致谢