新型耐候钢和碳钢在模拟工业大气环境中的腐蚀行为与机理研究

通过比较在模拟工业大气环境中的周期浸润腐蚀试验结果研究了两种新型耐候钢和传统Q235B碳钢的腐蚀行为。采用X射线衍射技术、电子探针分析技术、交流阻抗频谱分析技术以及显微压痕表征方法等对腐蚀产物膜的物相组成、合金元素分布情况、电化学特性及其与钢基材的结合强度等特性进行了综合分析,探讨了钢的耐腐蚀机理。结果表明:在模拟工业大气环境下,降低S含量、增加P含量、添加合金元素Cu、Ni、Cr的耐候钢具有良好的耐蚀性能。Cr、Ni和Cu元素在锈层中的局部富集促进了保护作用强的α-FeOOH相的形成,提高了锈层的阻抗,阻碍了腐蚀介质的渗透,从而提高了钢的耐腐蚀性能。

N80油管钢的CO_2高温高压腐蚀电化学行为与机理研究

在高温高压釜中模拟油气井腐蚀环境 ,采用电化学交流阻抗和动电位扫描极化曲线测试技术 ,研究了N80钢在温度为 10 0℃ ,CO2 分压为 1.18MPa条件下的腐蚀电化学行为和阳极与阴极反应机理 ,实时监测了腐蚀产物膜对腐蚀行为和腐蚀反应机理的影响 .研究结果表明 :N80钢的阳极反应过程服从Bockris机理 ;N80钢的阴极反应以H2 CO3的还原为主 ;反应中间产物吸附与腐蚀产物膜覆盖的竞争导致交流阻抗谱随腐蚀时间而变化 ,影响着钢的腐蚀行为 。

N80油管钢腐蚀产物膜的力学性能研究

研究了气体分压、温度和缓蚀剂等腐蚀环境因素对油管钢 N80腐蚀产物膜的硬度和膜基结合强度的影响 ,探讨了产物膜硬度、膜基结合强度与腐蚀速率的相关性 ,发现油管钢平均腐蚀速率随腐蚀产物膜硬度增大或膜基结合强度的提高而降低 ,并建立了产物膜硬度、膜基结合强度与平均腐蚀速率间的定量关系。研究表明 ,要减缓基体的腐蚀速率 ,腐蚀产物膜的力学性能必须大于某临界值 ;添加适当的缓蚀剂可以提高腐蚀产物膜的力学性能 。

TA7钛合金耐热不锈钢电偶腐蚀敏感性研究

依据航空标准评价了TA7钛合金和1Cr11Ni2W2MoV及Cr17Ni2耐热不锈钢在35%NaCl水溶液中的电偶腐蚀敏感性,研究了试样表面状态对电偶腐蚀行为的影响,探讨了腐蚀机理。结果发现,有关文献中材料的常规接触腐蚀数据不适合于压气机工况下的材料接触相容性设计;航标中的平均电偶电流密度指标不适合作为评价钝性材料接触腐蚀敏感性的判据。

高温高压环境腐蚀电化学研究用参比电极的制备及性能

对国外引进的高温高压参比电极不稳定性的原因进行了分析,并相应地作了改进:优化氯化工艺;改善密封结构;采用饱和KCl电解液,从而制得了性能良好的Ag/AgCl高温高压参比电极,建立了完善的高温高压电化学测试体系,解决了长期困扰模拟油气井高温高压环境中腐蚀电化学研究的难题。对比了原位法和离位法高温高压电化学测试的结果,证实将离位法测试结果用于分析高温高压油气井环境中油管钢的电化学腐蚀行为和机理是不合适的。

X80焊管H_2S环境应力腐蚀开裂行为研究

采用三点弯曲加载法和微电极扫描测试技术,研究了X80高强度级管线钢及其焊缝区的抗H2S环境应力腐蚀开裂(SSCC)行为。测定了焊接接头的显微硬度分布,分析了显微组织结构、力学性能及抗腐蚀性能之间的相关性。研究表明,热影响区(HAZ)对应力腐蚀开裂最为敏感,母材的纵向和横向取样对应力腐蚀敏感性影响不显著,薄壁管材比厚壁管材有较好的抗H2S环境应力腐蚀性能。HAZ晶粒粗大、硬度高,局部腐蚀倾向大,由此导致该区SSCC敏感性高。

电偶腐蚀的影响因素研究

以2A12/45和2A12/40CrNiMoA为研究对象,采用电偶腐蚀实验方法系统研究了溶液浓度、pH值以及材料特性和外力等因素对电偶腐蚀行为的影响。结果表明:pH值不变,随着溶液浓度的升高,两个偶对的电偶电流密度增大;溶液浓度不变,随着溶液pH值的降低,两个偶对的电偶电流密度增大;从腐蚀形态来看,不同浓度下2A12表面的腐蚀形态主要是不均匀的点蚀,pH=2时为均匀腐蚀,而在pH=4和pH=7时为局部的点蚀;应力的变化不仅对电偶电流密度有明显影响,而且承受的应力水平增大,电偶电流密度增加,电偶腐蚀敏感性提高,无应力时,作为阳极的2A12铝合金表面的腐蚀形式是局部的点蚀,且腐蚀产物附着在金属表面,当外加应力增加到75%σs时2A12铝合金表面腐蚀明显加剧,且随着腐蚀产物的脱落,局部区域出现较大的蚀坑。

TC4钛合金与结构钢接触腐蚀控制技术研究

为了解决飞机结构中TC4钛合金与T250结构钢的接触腐蚀问题,研究了采用TC4钛合金表面真空电弧离子镀Al膜层、镀TiN膜层,结构钢更换材料,以及两种方法联合的技术途径的可行性。依据航空标准,采用电化学测试技术评价了有关电偶对的腐蚀等级,采用盐雾腐蚀试验方法研究了组合件的接触腐蚀敏感性。研究结果表明,TC4钛合金与T250结构钢之间存在显著的电偶腐蚀。TC4钛合金表面真空离子镀TiN或镀Al后钝化处理,仍然与T250钢之间存在显著的电偶腐蚀敏感性。用0Cr17Ni7Al钢和0Cr15Ni5Cu2Ti钢分别取代T250钢,虽然电化学测试结果表明更换钢与TC4钛合金之间电偶腐蚀敏感性低,但是组合件的盐雾腐蚀试验结果表明仍然存在明显的缝隙腐蚀现象。采用TC4钛合金表面离子镀TiN处理,同时以0Cr17Ni7Al钢取代T250钢,则有效解决了TC4钛合金与结构钢组合件的接触腐蚀问题。

不同应力水平下2A12/40CrNiMoA的电偶腐蚀行为及其对材料性能的影响研究

为研究外加应力对金属材料电偶腐蚀行为的影响,采用电化学法和浸泡法研究了不同应力水平下电偶对2A12/40CrNiMoA的电偶腐蚀行为,利用金相显微镜和扫描电镜对试样腐蚀后的表面形貌特征和腐蚀产物的结构进行观察。结果表明,2A12承受的应力水平增大,电偶电流密度增加,电偶腐蚀敏感性提高;无外加应力时,作为阳极的2A12铝合金表面的腐蚀形式是局部的点蚀,并伴有少量晶间腐蚀;外加应力增加到75%σs时2A12铝合金表面腐蚀明显加剧,大量孔蚀相连,形成严重均匀腐蚀。因此,应力对2A12铝合金腐蚀行为有较大影响。根据实验得到的不同腐蚀周期内2A12铝合金的腐蚀特征和质量损失率,建立了腐蚀损伤材料力学性能的预测模型。通过对理论计算和实验测试结果的对比,两者吻合较好,这证明了本模型和方法的可行性。

哈氏C-2000合金的耐腐蚀行为试验研究

试验研究了哈氏C-2000合金的晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀敏感行为,探讨了环境因素、应力因素和固溶热处理等对哈氏C-2000合金应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。结果表明,哈氏C-2000合金有很好的耐室温酸性NaC l水溶液全面腐蚀和应力腐蚀的性能。然而由于Mo元素的偏析使得该合金在硫酸和硫酸铁混合溶液中具有较高的晶间腐蚀敏感性,焊接接头在该环境中存在较明显的热影响区选择性腐蚀。喷丸形变强化和固溶处理能够明显提高该合金基材与焊接接头的抗全面腐蚀和应力腐蚀性能。

钛合金表面硬化与固体润滑处理层的电化学腐蚀行为研究

分别利用等离子氮化技术和离子束增强沉积 (IBED)技术使钛合金表面获得硬质抗磨层和MoS2 ,MoS2 Ti固体润滑膜层。通过电化学测试技术研究了膜层和钛合金基材在含Cl- 介质中的抗蚀性能和接触腐蚀敏感性。研究结果表明 :Ti与MoS2 的复合改善了MoS2 膜的环境适应性 ,MoS2 17Ti复合膜层与钛合金接触相容 ;IBEDTiN较钛合金电化学活性低 ,阳极极化行为与Ti6Al4V合金相近 ,与钛合金基体间电偶腐蚀敏感性低 ;钛合金等离子氮化处理层在NaCl水溶液中无论处于自然腐蚀电位还是弱阳极极化状态 ,均较钛合金电化学活性低 。

表面处理对TC16钛合金和18Ni钢电偶对的腐蚀防护

为了有效控制航空工业中TC16钛合金与18Ni钢的电偶腐蚀,分别采用真空电弧离子镀TiN层和微弧氧化技术对TC16钛合金进行表面处理,并对18Ni钢化学氧化,分析了不同表面处理的电偶对的腐蚀等级、阻抗特征及腐蚀形态。结果表明:TC16钛合金与18Ni钢之间存在显著的电偶腐蚀,仅对18Ni钢化学氧化不能解决其与TC16钛合金的电偶腐蚀问题;在TC16钛合金表面镀TiN层,同时对18Ni钢化学氧化,可在一定程度上控制电偶腐蚀;而对TC16钛合金表面微弧氧化,同时对18Ni钢化学氧化,则能完全有效地控制两者间的电偶腐蚀。

取样方法对管线钢应力腐蚀开裂行为影响的研究

采用应力环、C形环和4点弯曲加载试验方法,分别选取直接取样和机械压平后取样2种方式,研究了X52和X80两种管线钢母材及其焊缝区硫化物环境应力腐蚀开裂(SSCC)行为,并通过X射线衍射法和有限元模拟法分析了4点弯曲加载试样的残余应力分布特征,探讨了取样方法对不同管径的管线钢应力腐蚀行为的影响规律和机理。结果表明,对于大直径管线钢SSCC行为评价,直接取样与机械压平后取样均较合适;对于小直径管线钢,采用直接取样的C形环加载法是合理的,而采用机械压平后取样的4点弯曲加载法由于在压平过程中引入了较大的残余应力,由此导致试验结果与管线钢自身SSCC敏感行为产生较大差异,因而是不合适的。

弯曲加载下管道钢应力腐蚀行为研究

分别采用三点弯曲、四点弯曲加载试验方法,研究了X80和16Mn管道钢及焊接接头的硫化物环境应力腐蚀开裂(SSCC)行为,并通过ANSYS软件分析了不同弯曲加载的应力分布特征,探讨了材料因素、力学因素对管道钢应力腐蚀行为的影响规律和机理。结果表明,对于弯曲加载下组织均匀性管道钢而言,其SSCC行为受应力特点控制,三点弯曲和四点弯曲加载方法均可用于评价管道钢的SSCC行为,但四点弯曲加载的平行试样试验结果更为一致。对于管道钢焊接接头的SSCC行为评价,三点弯曲加载是不合理的,四点弯曲加载方式则可取。

咪唑啉衍生物在含H_2S/CO_2油气井环境中的缓蚀行为研究

采用电化学方法模拟某含H2 S和CO2 的高温高压气井腐蚀环境 ,研究了咪唑啉衍生物对N80油管钢的缓蚀机理和缓蚀行为。结果表明 :该咪唑啉衍生物能与介质中的硫化物共同与铁原子配位 ,产生稳定的吸附膜 ,属于阳极型缓蚀剂 ,其缓蚀机理为“负催化效应” ,在较强的阳极极化条件下的脱附行为服从金属基底原子离子化溶解对缓蚀剂的冲击脱附模型 ,对裸钢或已经发生了腐蚀的油管钢都能起到较好的防护作用 ,能抑制H2 S导致的局部腐蚀。

热处理对ERW焊缝沟槽腐蚀敏感行为的影响

采用恒电位阳极极化加速腐蚀试验方法研究了不同热处理工艺对高频直缝电阻焊(ERW)钢管焊接区沟槽腐蚀敏感性的影响,通过电化学测试、显微组织分析、残余应力测试和微区成分分析探讨了沟槽腐蚀的成因和机制。结果表明,ERW焊缝区、热影响区与母材的组织和成分分布的差异是产生沟槽腐蚀的主要原因,而残余应力不是重要影响因素。焊后单纯回火处理不能降低ERW焊管焊缝区沟槽腐蚀敏感性,焊后调质处理和单纯淬火处理均可显著降低ERW焊管焊接区的沟槽腐蚀敏感性。

离子辅助电弧沉积ZrN梯度涂层抗固体粒子冲蚀行为研究

为有效提高2Cr13不锈钢表面大攻角固体粒子冲蚀(SPE)抗力,利用离子辅助电弧沉积技术在氮化预处理的2Cr13钢表面制备了不同结构、不同厚度的ZrN梯度涂层,研究了涂层结构和厚度对膜基结合强度、涂层显微硬度、韧性、动静态承载能力以及抗固体粒子冲蚀行为的影响。结果表明:将合理结构的ZrN梯度涂层与离子氮化有机复合,能够获得承载能力高、界面应力应变协调性好、结合强度高、强韧性配合合理,抗多冲疲劳和抗塑性流变性能优的复合改性层,其90°大攻角SPE抗力显著高于2Cr13不锈钢基材。ZrN梯度涂层的SPE抗力同时与涂层厚度密切相关,当ZrN梯度涂层较薄时,其协调变形能力及承载能力较低,在冲击载荷作用下容易出现脱层失效,因而SPE抗力较低;当ZrN梯度涂层太厚时,涂层韧性和内聚强度降低,内部残余应力较大,受外界冲击载荷作用时容易出现局部脱层,因此SPE抗力亦不高。

加弧辉光离子渗NiCr与喷丸强化复合处理对钛合金微动疲劳性能的影响研究

研究了钛合金表面加弧辉光离子渗 Ni Cr层的相组成和分布 ,对 Ni Cr渗层进行喷丸形变强化后处理 ,以协同提高钛合金耐微动疲劳性能 .研究结果表明 :利用加弧辉光离子渗技术可以获得由 Ni3Ti金属间化合物等组成的渗镀复合层 ,从而提高钛合金的表面硬度和耐磨性能 ;Ni Cr渗层的耐磨性能与喷丸强化引入的表面残余压应力协同作用 ,使钛合金经加弧辉光离子渗 Ni Cr和喷丸形变强化复合处理后的耐微动疲劳性能较单一喷丸强化处理更好 .

离子渗氮AISI 420马氏体不锈钢耐蚀行为研究

采用不同温度对AISI 420马氏体不锈钢进行离子渗氮处理。借助光学显微镜和X射线衍射(XRD)技术分析了渗氮层的微观组织结构,利用显微硬度计测试了渗氮层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试和盐雾腐蚀试验研究了离子渗氮AISI 420不锈钢在模拟工业环境中的腐蚀行为。结果表明:AISI 420不锈钢350℃低温离子渗氮层由ε-Fe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性高,加之固溶Cr元素的联合作用,明显提高了AISI 420不锈钢基材的腐蚀抗力。AISI 420钢经450℃和550℃渗氮处理,渗氮层中的αN分解成了α相和CrN,造成基体贫Cr,降低了基材的耐蚀性能。马氏体不锈钢低温离子渗氮处理不仅可以提高表面硬度,而且可以获得良好的耐蚀性能。

低温离子渗氮提高2Cr13不锈钢的冲蚀磨损与冲刷腐蚀抗力

采用喷射式固体粒子冲蚀磨损实验机和浆体冲刷腐蚀装置对比研究了350℃低温离子渗氮和550℃常规高温离子渗氮对2Cr13不锈钢冲蚀磨损和冲刷腐蚀行为的影响规律,通过组织结构分析、硬度测试和电化学交流阻抗分析探讨了低温渗氮改善2Cr13不锈钢抗冲蚀磨损和抗冲刷腐蚀性能的机制。结果表明:低温和常规高温离子渗氮均可提高2Cr13不锈钢在小角度固体颗粒干冲蚀条件下的冲蚀磨损抗力,但是,350℃低温渗氮处理表现出比550℃高温离子渗氮层更好的抗冲蚀磨损性能。在含10%石英砂的中性和酸性5%NaCl水溶液中,350℃低温渗氮处理使2Cr13不锈钢冲刷腐蚀速率分别降低96.7%和87.4%;然而,550℃常规离子渗氮却导致2Cr13不锈钢冲刷腐蚀速率分别提高4.13倍和0.49倍。350℃渗氮层由-εFe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性好,硬度高,因而表现出良好的耐腐蚀、抗冲刷磨损与抗冲刷腐蚀性能。550℃渗氮处理时,αN相分解成了α相和CrN化合物,造成基材贫Cr,耐腐蚀性能下降,同时表面硬度低于350℃低温渗氮层,其抗冲蚀磨损性能不及350℃低温渗氮处理,冲刷腐蚀抗力则低于2Cr13不锈钢基材。