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《北京科技大学》 2015年
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交流电作用下X80钢在高pH值溶液中的应力腐蚀开裂行为及机理研究

朱敏  
【摘要】:近年来,随着高压交流输电线路及交流电气化铁路的快速建设,使得埋地钢质管道遭受交流干扰的风险日益增加。交流干扰导致管道发生交流腐蚀,加速管道的腐蚀,严重威胁管道的正常运营。目前,国内外学者对交流腐蚀进行了大量的研究,但未有交流电对管线钢的SCC行为及机理影响的相关文献报道。因此,本文采用极化曲线、开路电位测试、EIS测试、Mott-Schottky曲线测试、浸泡实验、SSRT实验、U形弯实验及裂纹扩展实验系统研究了交流电作用下X80钢在高pH值溶液中的腐蚀行为,尤其是重点研究了交流电对X80钢在高pH值溶液中的SCC行为及机理的影响。主要结论如下: 电化学测试结果表明:AC作用下X80钢的开路电位负移,开路电位负移程度随交流电流密度的增加而增加。低频率交流电作用下(30-300Hz),开路电位负移明显;高频率交流电作用下(300-1000Hz),X80钢的开路电位负移程度较小。不同波形交流电作用下X80钢的开路电位负移程度由小到大依次为:正弦波、三角波、方波。交流电作用导致X80钢在高pH值溶液的钝性下降,低交流电流密度对钝化膜的破坏作用较小,随交流电流密度的增加,钝化区明显变窄,临界点蚀电位负移,维钝电流密度增大,钝化膜内的施主密度ND增大。低频率交流电对X80钢的钝性有明显的破坏,高频AC对钝化膜的破坏较小。不同波形交流电作用下试样的钝性均明显下降。 浸泡实验结果表明:低交流电流密度作用下X80钢主要以轻微的均匀腐蚀为主,高交流电流密度下试样的局部腐蚀特征明显;高频交流电作用下试样产生轻微的均匀腐蚀,低频交流电作用下,腐蚀加剧,点蚀明显;方波作用下局部腐蚀最明显,其次为三角波,正弦波作用下局部腐蚀较轻微。AC作用增加了X80钢的腐蚀速率,腐蚀速率随交流电流密度的增加而增加。低频交流电作用下X80钢的腐蚀速率随频率的增大而快速减小,而高频交流电作用下腐蚀速率缓慢减小。不同波形交流电作用下腐蚀速率由小到大依次为:正弦波、三角波、方波。 预加交流电作用下,AC诱发的局部腐蚀促进了SCC裂纹的萌生与扩展,导致SCC敏感性增加。预加交流电X80钢在高pH值溶液中的的裂纹扩展方式均为沿晶扩展,SCC机理均为阳极溶解,这与IGSCC一致。当iAC大于30A/m2时,SCC敏感性随交流电流密度的增加而增加。高频交流电对SCC敏感性影响很小,随频率的减小SCC敏感性有所增加,30Hz作用下SCC敏感性明显增加。交流电波形对SCC敏感性影响由大到小依次为方波、三角波、正弦波。 在SSRT进行过程中施加交流电,观察发现X80钢的SCC裂纹密集度很高,裂纹宽且深,裂纹穿晶扩展,呈现出明显的脆性断裂特征,SCC机理为阳极溶解+氢脆作用;无交流电作用下,裂纹窄且浅,裂纹沿晶扩展,SCC机理为阳极溶解。X80钢SCC敏感性随施加的交流电流密度的增加而增加,当iAC大于100A/m2时,SCC敏感性较高。不同波形交流电作用SCC敏感性由小到大依次为正弦波、方波、三角波。SCC敏感性随频率的减小而增加,低频AC作用下SCC敏感性较高。 U形弯实验结果亦表明:交流电的施加加速了X80钢的腐蚀,诱发了点蚀的产生,有利于SCC裂纹的萌生。裂纹扩展实验结果表明:有无AC作用X80钢的裂纹扩展行为差异明显。有无交流电作用X80钢的平均裂纹扩展速率分别为5.645×10-3mm/cycle(7.056×10-6mm/s),5.99×10-4mm/cycle(7.48×10-7mm/s),交流电的施加加快了X80钢裂纹的扩展。 AC和C1-发生了协同作用,导致X80钢的电化学活性增大,开路电位的负移幅度明显,钝化膜破坏严重,腐蚀速率大幅增加,局部腐蚀特征明显,SCC敏感性增加,呈明显的脆性断裂,SCC机理为阳极溶解+氢脆作用。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG172

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【参考文献】
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