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异种高强钢焊接接头腐蚀及氢脆性能研究

高心心  
【摘要】:目前,在船舶等工程领域为了满足使用要求以及降低生产成本,常常采用异种钢材焊接件作为结构材料;为抑制其在海水等环境中被腐蚀,人们普遍采用阴极保护技术对钢材进行保护,但当保护电位不当时可能会诱发氢致失效。本文以屈服强度为800~1000 MPa的异种高强钢焊接接头为研究对象,采用氢渗透试验、电化学测试、慢应变速率试验和断口形貌分析,并结合金相观察、扫描开尔文探针测试和全浸腐蚀试验等,研究了异种高强钢焊接接头在海水中的氢渗透、氢脆敏感性和腐蚀行为规律。异种钢焊接接头的腐蚀性能分析结果表明:焊接接头中较高强度一侧母材区(1000 MPa级钢)的耐蚀性最好,焊缝区的耐蚀程度介于两种母材之间,两侧热影响区最容易发生腐蚀。这可能与热影响区的热输入使碳化物析出、晶格缺陷增多有关。通过异种钢焊接接头的电化学和氢渗透试验得出:异种钢焊接接头各区域的氢扩散系数相差不大,但热影响区的析氢电位最正,氢溶解度最大,说明热影响区更易于析氢,具有较强的吸氢倾向。此外,阴极极化电位对高强钢氢扩散系数的影响较小,但氢的溶解度随极化电位的负移近似以线性规律上升。对试样进行阴极充氢后,各微区的自腐蚀电位明显负移,析氢电位正移,表明充氢后焊接接头的耐腐蚀性减弱,析氢倾向加剧。氢脆敏感性研究结果显示:阴极极化电位会显著影响高强钢的断裂性能,随着极化电位的负移,1000 MPa级高强钢及异种钢焊接件的抗拉强度和屈服强度变化不明显,但延伸率和断面收缩率逐渐降低,断口形貌逐渐由塑性断裂向解理和沿晶断裂转变,材料的氢脆危险增大。由氢脆系数评价结果可知:1000 MPa级高强钢的最负阴极保护电位应不超过-910 mV,0.8强度比和0.9强度比异种钢焊接接头的最负阴极保护电位分别为-940 mV和-945 mV。同时可得出:采用异种钢焊接不会增加1000 MPa级高强钢的氢脆敏感性。


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