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热浸镀钢材在海水中的氢渗透行为和脆性研究

刘猛  
【摘要】: 氢渗透和拉应力的联合作用对海洋环境中的热浸镀钢材的安全构成潜在威胁,本文以当前应用最广泛的三种商业化热浸镀钢材(热浸镀锌、锌-5%铝-稀土和锌-55%铝-1.6%硅)为研究对象,采用Devanathan-Stachurski双面电解池测试技术,测试了自渗氢电流密度曲线,研究了镀层与缺陷比例对氢渗透电流的影响,比较了镀层的氢渗透抑制性能及存在缺陷时的自渗氢能力,并结合镀层成分、结构及其腐蚀机理,探讨了其氢渗透机理;通过慢应变速率拉伸实验,获得了热浸镀钢材在不同充氢条件下的应力-应变曲线,比较了其力学性能参数,并配合断口的显微分析,评价了三种热浸镀钢材在海水中的氢脆敏感性,并对其氢脆机理进行了探讨。主要结果如下: (1)热浸镀锌镀层的氢渗透抑制能力最弱,锌-5%铝-稀土镀层的氢渗透抑制能力较强,镀层存在缺陷时导致的阴极保护能促进氢渗透;锌-55%铝-1.6%硅镀层的氢渗透抑制能力最强,镀层存在缺陷时基本没有氢渗透电流。当镀层存在缺陷时,氢渗透电流密度的最大值随着镀层与暴露的钢材基体的面积比增大而增大。随着镀层中铝含量的增加,镀层结构越致密,镀层的耐腐蚀性能越好,完整镀层的氢渗透抑制能力越强,镀层存在缺陷时的自渗氢能力越弱。 (2)热浸镀锌和锌-5%铝-稀土镀层钢材在海水中的氢渗透能明显降低材料的断后延伸率和能量密度,使其断裂方式由韧性转变为准解理;锌-55%铝-1.6%硅镀层在海水中对钢材基体进行阴极保护导致的氢渗透虽能显著降低其断后延伸率和能量密度,但其断裂方式以韧性为主,且断口存在局部的准解理撕裂形貌。随着预浸泡时间的增长,材料充氢量的增加,三种热浸镀钢材的氢脆敏感性提高。随着镀层铝含量的增加,热浸镀钢材在海水中的氢脆敏感性降低。


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