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《东北大学》 2015年
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油船货油舱用耐蚀钢组织性能及腐蚀行为研究

于驰  
【摘要】:随着各国对石油需求日益增长及油船技术的不断发展,油船的远洋运输成为了世界石油贸易的重要形式。原油中含有的多种酸性介质会腐蚀装载原油的货油舱船板,极易引发材料的腐蚀失效,大大缩短油船的使用寿命。本文针对货油舱的服役环境特点,设计并冶炼一种新型低合金钢,通过调整加工工艺参数获得了符合船级社耐蚀钢标准要求的货油船用钢板。主要研究内容及成果如下:(1)利用MMS-300热模拟试验机获得了耐蚀钢的变形和未变形过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明,动态CCT曲线向左上方移动,变形能够提高奥氏体转变开始温度。随着冷却速率的增大,耐蚀钢组织结构发生变化,由多边形铁素体+珠光体混合组织逐渐转变为铁素体+粒状贝氏体组织,最后为板条贝氏体+马氏体组织。(2)基于耐蚀钢CCT曲线,通过多道次热压缩试验获得了耐蚀钢的控轧控冷工艺参数,进行了实验室轧制实验。结果表明:耐蚀钢轧制的终轧温度应控制在820℃、终冷温度600℃、冷却速率10-20℃/s。通过力学性能测试发现十组实验室轧制钢板的力学性能均达到DH36标准。(3)利用高压反应釜和油温机等设备模拟钢材CO2腐蚀环境,温度为75℃、CO2分压为0.64MPa条件下3.5wt%NaCl溶液中耐蚀钢的腐蚀测试,对比分析不同浸泡周期下的腐蚀形貌特征和腐蚀产物组成,研究耐蚀钢CO2腐蚀规律。结果表明,耐蚀钢的CO2腐蚀速率与其组织结构有关,具有铁素体+贝氏体混合组织试验钢的耐蚀性能优于其它类型试验钢。耐蚀钢的CO2腐蚀产物膜可以分为三层,致密的内层能为金属基体提供有效保护作用。(4)利用高压反应釜进行了温度为75℃、CO2分压为0.64MPa、H2S分压为0.09MPa条件下3.5wt%NaCl溶液中的加速腐蚀实验,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪研究了不同腐蚀周期下的腐蚀产物形态及组成差异,得到了耐蚀钢H2S/CO2腐蚀规律。结果表明:此种条件下耐蚀钢腐蚀类型以H2S腐蚀为主,腐蚀产物主要为FeS(四方硫铁矿),具有铁素体和贝氏体混合组织的试验钢耐蚀性能较好。根据腐蚀产物膜的变化特点,耐蚀钢H2S/CO2腐蚀可以分为三个阶段,试验初期是腐蚀产物膜的形成阶段,金属基体被严重侵蚀;腐蚀中期是产物膜的稳定发展阶段,对基体有一定的保护作用;腐蚀后期腐蚀产物膜的溶解速率大于生成速率,膜层遭到破坏。(5)通过模拟货油舱下底板环境的加速腐蚀实验,利用失重法得到了耐蚀钢的年平均腐蚀速率。通过对不同实验周期下的腐蚀形貌观察及腐蚀产物检测,得到了耐蚀钢在强酸条件下的腐蚀规律。结果表明:实验室轧制钢板的腐蚀速率在0.211-0.305mm/a,十组试样均达到了船级社耐蚀钢标准要求,其中铁素体和贝氏体混合组织的试验钢具有良好的耐蚀性能。(6)利用PATSTAT2273电化学工作站,采用电化学极化与阻抗测试方法,分析未预腐蚀和预腐蚀处理的试验钢腐蚀特性,研究轧制冷却速率和不同预腐蚀周期下耐蚀钢的电化学腐蚀行为。结果表明:具有铁素体和贝氏体混合组织的试验钢,随着冷却速率的增大小角度晶界比例逐渐增加,试验钢的电化学腐蚀速率下降。随着预腐蚀周期的增加,腐蚀电流密度值逐渐增加,极化电阻逐渐减小,腐蚀速率升高。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG142.1;TE975

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