管线钢的应力腐蚀行为与检测技术基础研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:cofelinz
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本论文主要研究了X70钢在Na2CO3/NaHCO3溶液和模拟地下水溶液这两类介质中的应力腐蚀破裂行为(SCC),并探讨了金属磁记忆检测技术应用在埋地管线钢SCC监检测的可能性。应用动电位扫描技术,通过研究X70管线钢在敏感性介质中的阳极极化行为,判断X70钢发生应力腐蚀破裂的可能性,并预测该钢种在特定介质中的SCC敏感电位区间;应用动电位扫描、循环伏安技术和电化学交流阻抗技术等电化学测试方法结合多种表面分析手段,研究X70钢表面膜的成分、结构和特性;应用慢应变拉伸实验,研究X70钢在两类实验介质中的应力腐蚀敏感性,并结合断口分析,研究X70钢在两种介质中的腐蚀机理;采用浸泡实验,对比U型弯曲试件和未弯曲试件的自腐蚀电位大小,考察应力因素对SCC诱发及发展的作用;利用金属磁记忆检测手段对已存在残余应力的试件进行检测,根据给出的评价标准对试件表面的应力变形状态进行了评价分析,并通过浸泡实验来验证给出的应力集中部位的腐蚀敏感性,探讨磁记忆检测应用在管线钢SCC监检测的可能性。X70钢电化学行为与应力腐蚀相关性研究的结果表明:X70钢在Na2CO3/NaHCO3溶液中,表面生成钝化膜,在特定的电位和应力条件下,会发生阳极溶解型应力腐蚀破裂。利用Parkins边界条件和应力腐蚀破裂参数Pi可以分别预测这类溶液中应力腐蚀敏感性电位区间,综合两种预测结果得到应力腐蚀破裂敏感电位区间为:-640mV~-570mV。在模拟地下水介质中,表面只发生阳极金属的溶解反应,不生成钝化膜,当有应力存在时,可能发生氢致开裂。两种模拟地下水介质腐蚀敏感性存在差异,NS4溶液的腐蚀敏感性较强;同时证明 CO2<WP=4>可以增加模拟地下水介质的应力腐蚀敏感性。X70钢的表面膜性能和应力腐蚀破裂相关性研究的结果表明:在无外加载荷的情况下,X70钢在Na2CO3/NaHCO3溶液中的阳极极化行为与HCO3-浓度关系密切。当HCO3-浓度低于0.5mol/L,表面从内至外依次形成预钝化膜和钝化膜。预钝化膜具有双层结构,内层物质主要为水合Fe(OH)2,外层物质主要为FeCO3。预钝化膜不能稳定存在,表面产生的微裂纹可能成为引发SCC的裂纹源。钝化膜的成分主要是Fe的氧化物,即Fe3O4和Fe2O3。随着HCO3-浓度的增加,钝化膜耐蚀性增强,起到很好的保护作用。X70钢应力腐蚀敏感性研究的结果表明:外加一定的载荷,Na2CO3/NaHCO3溶液成为应力腐蚀敏感性介质,改变HCO3-的浓度,对腐蚀敏感性没有明显的影响。试样在此类溶液中断口形貌表现出沿晶断裂的特征;模拟地下水溶液(NS4和NOVA)均为应力腐蚀敏感性介质,同样条件下,X70钢在NS4溶液的应力腐蚀敏感性较强。试样在这类溶液中断口形貌均表现出穿晶断裂的特征。试样在介质中的应力腐蚀敏感性随着预加载荷的增大而增加,应力因素在SCC发生发展中起到重要作用。浸泡实验及磁记忆检测初步研究的结果表明:在两种介质条件下,自腐蚀电位随时间表现出大致相同的规律:迅速正移→负移→趋于稳定。U型弯曲试件的自腐蚀电位均低于未弯曲试件,且在弯曲部位首先出现蚀点。利用磁记忆检测,并由应力评价系数确定了不同角度的弯曲试件的应力集中部位,通过浸泡实验证实,这些应力集中部位的SCC敏感性较强,从而,为金属磁记忆检测应用在管线钢SCC监检测领域提供了依据。
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