深海环境下金属点蚀进程及诱导应力演化

局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现了深海点蚀全进程中力-电化学信息的协同表征,其关键技术有两个,一是基于腐蚀膨胀理论给出了应力与腐蚀参量之间的联系,二是以产物堆积增厚与基底腐蚀减薄的面积比确定了腐蚀膨胀率,给出了腐蚀进程中电流密度、形貌、诱导应力等参量随时空的非线性演化规律.结果表明:空间分布上,深海环境下的腐蚀呈深挖状,蚀坑中心处的电流密度最大、腐蚀程度最深,腐蚀诱导应力存在明显的集中效应,力、电化学参量随着远离蚀坑中心呈现出发散状的削弱趋势;时序演化上,电流密度随腐蚀年限减小,腐蚀进程因此逐年放缓,然而,由于蚀坑中心尖锐程度的加剧,腐蚀诱导应力的非线性增加却愈发剧烈.在此基础上,研究了腐蚀产物形貌对应力的影响,对比了简化椭球形产物与模拟所得实际形貌产物两种情况的腐蚀诱导应力,结果表明实际形貌产物最大拉应力高于椭球形的最大应力,误差超过50%,指出点蚀研究中忽略蚀坑的深挖动力学特征会给腐蚀相关的力学研究带来偏差.

基于有限元法的油气田集输管网阴极保护布局优化

在利用有限元法建立外加电流阴极保护模型的基础上,借助Sobol灵敏度分析,确定了显著影响某油气田集输管网阴极保护效果的关键参数,并通过粒子群优化(PSO)算法对其系统布局进行优化。结果表明:由于外加电流阴极保护模型的模拟电位与测试桩的测定电位误差较小,故该模型能够较好地反映出油气田集输管网的电位分布现状;改变防护涂层电阻率等一阶敏感性系数较高的因素会对阴极保护效果产生较大影响,土壤电阻率、防护涂层电阻率以及管道埋深与其他参数之间可能存在明显交互作用;当利用PSO算法对油气田集输管网的阴极保护效果进行全局寻优时,该模型经过47700次粒子进化迭代后的最佳阴极保护系统有效覆盖率高达99.14%,优化效果显著。

不同海域Custom450高强度不锈钢的腐蚀规律研究

目的 研究Custom450钢在青岛、舟山、厦门及三亚等4个海域大气和飞溅环境中的自然腐蚀规律。方法 采用形貌分析、腐蚀速率、点腐蚀深度分析等方法对Custom450钢在上述4个海域大气和飞溅区的腐蚀规律进行研究。结果 Custom450钢在4个海域大气环境的年平均腐蚀速率相当,且未观察到有点蚀现象发生,舟山海域的年平均腐蚀速率最小,为0.001 41 mm/a,三亚海域的年平均腐蚀速率最大,为0.001 54 mm/a。4个海域飞溅区的年平均腐蚀速率范围为0.0021~0.0028mm/a,舟山海域的年平均腐蚀速率为0.002 1 mm/a,平均及最大点腐蚀深度分别为5.7μm和25.99μm,均低于其他3个海域。结论 Custom450钢在4个海域的大气环境暴露1 a后,未发现明显的腐蚀现象,表明该钢短期内在上述4个海域海洋大气环境中具有良好的耐蚀性。在飞溅环境中的腐蚀速率高于大气环境,且有明显的点腐蚀现象发生,钢中未溶的NbC相会促进点腐蚀现象的发生。

预热温度对SA387焊后残余应力和力学性能的影响

为了研究预热温度对SA387材料焊后力学性能和残余应力的影响,采用4种不同的预热温度分别焊接试板。对焊接完毕后的试板进行残余应力测定,发现随着预热温度的升高,焊接残余应力呈现先降低后升高的情况;通过力学性能测试和显微组织观察,发现预热温度对材料力学性能有很大影响,材料的抗拉强度和屈服强度随预热温度的升高而降低,韧性随着预热温度的升高先降低后升高。综合焊接残余应力和材料力学性能的测试结果,建议SA387 Gr11 Cl2的预热温度选择265~290℃。

模拟海水对Q235钢腐蚀性能的影响分析

以Q235碳素钢为研究对象,借助旋转式挂片腐蚀试验仪,考察转速、温度、酸碱度等因素对其在模拟海水中腐蚀性能的作用。结果表明,腐蚀速度随温度的变化呈现两个阶段:第一阶段,当温度小于45℃时,腐蚀速度随温度的增大而不断升高;第二阶段,在温度大于45℃时,曲线斜率最大,腐蚀速度达到最大值;腐蚀速度随转速的变化呈现两个阶段:第一阶段,当转速小于60 r/min时,腐蚀速度基本保持不变,维持恒定;第二阶段,当转速大于60 r/min时,曲线斜率增大,腐蚀速度急剧升高,腐蚀速度随转速的增大而不断升高,并出现60 r/min的临界值;腐蚀速度随酸碱度的增大而不断降低。所得结论对Q235钢在海洋环境中的腐蚀和防护具有一定的参考价值。

6A01-T5铝合金/304不锈钢的缝隙腐蚀行为研究

目的 研究6A01-T5铝合金和304不锈钢异种金属间的缝隙腐蚀行为规律。方法 采用常温常压浸泡腐蚀方法,结合SEM、EDS、XRD和白光干涉检测,对6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙结构在碱性Na Cl溶液中的腐蚀行为进行研究。结果 6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙腐蚀表现为在缝口处产生沿缝口方向的凹陷渠,在缝内,以局部减薄和腐蚀坑为主,并随着腐蚀时间的延长,腐蚀程度逐渐加重。不同区域腐蚀产物的形貌和成分组成不尽相同,缝外暴露区的腐蚀产物表现为晶体颗粒状,主要成分为Ca CO3和Al(OH)3等铝的腐蚀产物。缝口附近沿缝口方向形成一层有明显界线的腐蚀产物覆盖层,缝隙内部的腐蚀产物相对较少,表现为尺寸相对较小的结块,主要成分为Al(OH)3等铝的腐蚀产物。结论 在6A01-T5铝合金与304不锈钢非电连接情况下,6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙内2种金属分别独立发生缝隙腐蚀,因2种金属在腐蚀过程中争夺O2,使得304不锈钢对6A01-T5铝合金的缝隙腐蚀起到抑制作用。

SO_(2)对馆藏银质文物材料腐蚀的影响

采用石英晶体微天平(QCM)反应性监测方法,结合扫描电镜、能谱分析(SEM-EDS)和拉曼光谱表面分析技术,研究了暴露于不同SO_(2)含量、相对湿度和温度环境中的银质文物材料的腐蚀行为及其表面特征。结果表明:随着时间延长,暴露于不同环境中的镀银石英晶振片频率均有所下降,最终趋于稳定;SO_(2)气体会促进银的腐蚀,且腐蚀速率随其含量的增加而加快;环境温度和相对湿度的升高也会加剧SO_(2)对银的腐蚀作用;在含SO_(2)环境中,银表面生成了Ag_(2)O、Ag_(2)SO_(3)以及Ag_(2)SO_(4)等腐蚀产物。

绝缘子引线腐蚀断裂研究

[目的]绝缘子作为微波组件内、外部的连接器件,其引线与玻璃封接处容易断裂。[方法]采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等手段对上述断裂的原因进行分析。[结果]通过机理探讨与现场观察相结合,确定症结在于应力腐蚀开裂。绝缘子引线断裂分为3个阶段:点蚀过程及裂纹萌生,裂纹扩展,以及纯力学快速断裂。[结论]采用化学抛光与机械研磨相结合、镍金交叉镀覆的新工艺可以消除绝缘子引线封接处镀层应力敏感性和应力条件,令镀层的结合力、耐盐雾性能及焊接性能均达到工艺要求。

EH32钢在人工海水中的流动加速腐蚀行为研究

目的 明晰流场、传质和锈层在EH32钢流动加速腐蚀过程中的协同作用机理。方法 利用射流喷射系统研究EH32钢的流动加速腐蚀行为,并基于CFD仿真模拟流场分布情况,最后通过微观形貌表征分析EH32钢的腐蚀形貌。结果 在射流喷射系统中,试样表面的流场分布不均匀,根据锈层的颜色可分为不同区域,喷嘴正对区域锈层最厚,但疏松多孔,形成凹坑,腐蚀最严重。远离喷嘴区域锈层逐渐减薄,但更致密,腐蚀形貌转变为“flow mark”和点蚀。结论 流场严重影响着腐蚀产物的分布,正应力高、剪切应力低的区域形成的锈层厚且疏松多孔,正应力低、剪切应力高的区域形成的锈层薄,但更致密。反应生成的阳极液随流体的转移过程导致了“flowmark”损伤形貌的形成,致密的锈层抑制了阳极液的转移,导致了点蚀坑的损伤形貌。锈层和阳极液的累积使得喷嘴中心区域表现为主要阳极区,腐蚀损伤最为严重,而远离中心区域由于致密的腐蚀产物抑制了传质过程,腐蚀速率较低。流场、锈层以及传质三者的协同作用决定了流动加速腐蚀行为。

某高压管汇Y型三通管开裂原因分析

[目的]某高压管汇Y型三通管在酸压施工作业过程中发生泄漏。[方法]通过无损探伤、宏观分析、金相分析、化学成分分析、力学性能分析、微观分析、应力计算等手段,对某高压管汇Y型三通管的材质、断口特征、应力场分布等进行了研究。[结果]现场发生泄漏的三通管在化学成分、拉伸性能、耐冲击性能、金相组织等方面都与库房完好的三通管基本一致,但冲击功均较低,断口呈脆性断裂特征,内壁存在明显的腐蚀产物及腐蚀坑。[结论]三通管发生纵向开裂的主要原因为地面交联酸的腐蚀导致大量腐蚀坑的形成,并在较高的内压作用下造成局部应力集中,超过管材的强度极限。

Q420qENH钢及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的工业大气介质中干湿循环腐蚀行为研究

目的 研究桥梁耐候钢板材及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的西北工业大气环境中腐蚀行为的区别。方法 采用NaHSO_(3)+SiO_(2)的腐蚀介质进行干湿交替加速腐蚀实验,并采用腐蚀动力学、X射线衍射、扫描电镜+能谱、电化学测试等方法,分析了Q420qENH钢板材、焊缝及热影响区试样的腐蚀趋势、腐蚀类型及锈层的保护性,以及SiO_(2)对腐蚀的影响。结果 Q420qENH板材试样初期腐蚀速率大于焊接试样,中后期2种试样腐蚀速率逐渐下降并趋于一致。3种试样腐蚀类型均为不均匀的全面腐蚀,外锈层均疏松易脱落,但焊缝、热影响区内锈层比板材致密且与钢基体结合紧密,锈层中Cu、Ni元素含量明显高于板材试样。3种试样腐蚀30d的自腐蚀电流密度由大到小的顺序为板材>焊缝>热影响区,自腐蚀电位由大到小的顺序为热影响区>焊缝>板材,焊缝及热影响区试样的锈层电阻分别为板材试样的1.28倍、1.68倍。结论 PM_(2.5)中的主要成分SiO_(2)易在缺陷处沉积,成为腐蚀产物的形核基底,促进了腐蚀产物的非均匀形核,不利于锈层的致密性。热影响区和焊缝形成锈层的保护性、耐蚀性能优于板材试样。

316L不锈钢在Cl^(-)与SO_(4)^(2-)协同作用下的腐蚀行为研究

为了降低腐蚀对海洋油气管道正常运行的危害,利用电化学试验中的交流阻抗技术以及循化极化技术研究了模拟南海海洋环境中Cl^(-)与SO_(4)^(2-)的协同作用对316L不锈钢腐蚀行为的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)对316L不锈钢表面的腐蚀形貌进行表征。结果表明,当SO_(4)^(2-)含量恒定时,Cl^(-)含量的升高会使容抗弧半径、极化电阻R_(p)以及点蚀电位E_(b)均降低,当Cl^(-)含量从0升至50 g/L时,316L不锈钢表面出现了明显的腐蚀情况。当Cl^(-)含量恒定时,SO_(4)^(2-)含量的升高会使容抗弧半径、R_(p)以及E_(b)值均减小,同时试件表面的腐蚀坑直径扩大,深度出现逐渐加深的情况。

钢铁企业中水管道的腐蚀行为与缓蚀防护研究

针对湖南某钢铁企业中水输送管道的腐蚀问题,采集典型的中水水源点的水样进行水质检测。通过挂片试验、微生物培养计数、电化学测试、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等系统地研究了中水输送管道的腐蚀行为,以及羟基乙叉二磷酸(HEDP)、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)和聚天冬氨酸(PASP)的缓蚀作用。结果表明:生物脱酚废水、高炉排水、五米板方向总排水和三水站排水对中水水质影响较大。中水管道表面的钝化膜在水中Cl^(-)和SO_(4)^(2-)的作用下被破坏,铁细菌和硫酸盐还原菌促进腐蚀并生成Fe(OH)_(3)和FeS。投加HEDP、PBTCA缓蚀剂后,腐蚀层厚度减小,腐蚀速率低于国家标准,而加入PASP后挂片表面的腐蚀产物为疏松多孔的菱铁矿,阻抗低频区表现为Warburg阻抗特征,缓蚀率仅为3.9%。

3D打印316L不锈钢的力学与海水腐蚀性能研究

针对海洋零部件应用环境的复杂性与多样性,进行了选区激光熔化3D打印316L不锈钢试样与机加工试样的力学与腐蚀性能对比分析。结果表明:力学性能方面,3D打印(热处理)试样硬度值与抗拉强度良好,具有优秀的抵抗起始和最大变形能力;直接烧结策略具有最好的抗拉强度,棋盘烧结策略具有最好的延伸率。腐蚀性能方面,3D打印试样具有最低的自腐蚀倾向性和最小的腐蚀速率,热处理工艺会使3D打印试样的自腐蚀倾向性和腐蚀速率变大,但会降低一定的腐蚀波动性。3D打印试样力学与腐蚀性整体优于同种材料的机加工试样。综上,力学和腐蚀性能的研究,有助于发现3D打印技术最优工艺与策略,将该技术更好的应用于海洋仪器装备的研发中。

高温含硼水蒸气中304不锈钢的腐蚀行为

研究了304不锈钢在300℃含硼水蒸气中的腐蚀行为,采用扫描电镜及配套能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)等表征手段,分析了试样在含硼水蒸气中腐蚀后表面的显微结构及成分分布,并与液相中试样对比。结果表明:气相中试样表面氧元素的质量分数显著高于液相试样,并且气相中试样表面形成的氧化膜为双层结构,上层为Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)颗粒层,下层为细密的含铬尖晶石层,而液相试样表面仅有一层分散的氧化物颗粒;当密闭反应器中有适量氧气时,可显著降低含硼水蒸气中304不锈钢的腐蚀程度,分析讨论了可能的腐蚀与防腐机理。

超/特高压直流输电工作环境中纯铜部件点蚀行为

超/特高压输电是实现全球能源互联的核心技术。作为应用最广泛的输电系统导体材料,铜及铜合金的耐蚀性被重点关注。在超/特高压直流输电过程中,周围环境存在较大磁场,导致铜部件的服役环境与普通输电环境不同。采用动电位极化、电化学阻抗谱和元素分析等方法对纯铜在超/特高压环境下的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:在超/特高压环境下,纯铜在3.5%NaCl溶液(质量分数)中的极限扩散电流高于无磁场条件下的极限扩散电流,并且无磁场条件下的反应电阻比施加了0.1 T磁场条件下的反应电阻明显提高。结合电化学阻抗谱、X射线衍射及元素分析可知,0.1 T磁场会使纯铜的耐蚀性降低,主要腐蚀产物为氧化亚铜。

暗棕壤中Cl-/SO42-质量比对镀锌钢和不锈钢腐蚀行为的影响

[目的]探究吉林地区暗棕壤中氯离子(Cl^(-))和硫酸根离子(SO_(4)^(2-))对典型接地材料腐蚀的影响。[方法]通过室内加速腐蚀试验考察不同Cl^(-)/SO_(4)^(2-)质量比下镀锌钢和不锈钢腐蚀速率的变化,采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析金属腐蚀产物的变化,探讨镀锌钢和304不锈钢的腐蚀机理。[结果]低浓度SO_(4)^(2-)的存在会促进Cl^(-)对镀锌钢的点蚀,SO_(4)^(2-)浓度高则能减缓Cl^(-)对镀锌钢的腐蚀。但镀锌层厚度有限,在强酸性环境下会因为快速溶解而逐渐失去防腐作用。与镀锌钢相比,304不锈钢在暗棕壤中的耐蚀性更优,但其成本更高,并且304不锈钢的点蚀随着Cl^(-)/SO_(4)^(2-)质量比的增大而加剧。[结论]镀锌钢较适用于温和的中性土壤环境。304不锈钢比镀锌钢更耐腐蚀,但不适用于腐蚀性阴离子含量高的土壤环境。

恒电量法研究温度对石油储罐底板材料在土壤模拟液中腐蚀的影响

[目的]大型石油储罐运营过程复杂多样的环境条件,以及石油、沉积水、土壤等腐蚀介质造成石油储罐的腐蚀行为极其复杂,而储罐腐蚀行为的研究和腐蚀过程的监测对于储运中心运行和安全管理极其重要。恒电量法具有快速、无损、灵敏度高、重现性好等优点,基于恒电量法可以实现复杂体系中腐蚀过程的实时监测,但目前在储罐腐蚀研究中鲜有报道。[方法]采用恒电量法研究温度对储罐底板材料(16MnR钢)在土壤模拟液中腐蚀的影响,并结合传统的挂片法、动电位极化法、线性极化法、电化学阻抗法及扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征,对恒电量法应用于石油储罐底板腐蚀研究的有效性进行评价。[结果]温度对16MnR钢在土壤模拟液中的腐蚀有极大的影响,腐蚀随温度升高而加快,恒电量法与传统电化学方法的测试结果具有较好的一致性。[结论]恒电量技术是一种可靠性较高的腐蚀检测方法,在石油储罐底板腐蚀的实时监测中有着很好的应用前景。

模拟杂散电流干扰对阴极保护下X65钢腐蚀行为的影响研究

地铁列车系统运行过程会泄漏杂散电流,造成附近埋地金属电位波动,并使阴极保护效果减弱或失效,最终导致埋地金属因腐蚀而失效。以常用的管线钢X65钢为研究对象,在实验室搭建杂散电流腐蚀模拟试验装置,进行杂散电流干扰电位±1,±2,±4 V持续4 d及杂散电流干扰电位为±2 V并持续1,2,4,8 d的2组腐蚀模拟试验,研究杂散电流干扰下受阴极保护的X65钢的腐蚀行为规律。结果表明:杂散电流干扰电位达到+2 V以上时,X65钢的腐蚀速率会急剧增大;正向杂散电流干扰会使X65钢试样发生点蚀再演变为均匀腐蚀,并在两者间循环交替,腐蚀产物成分为Fe_(2)O_(3);负向杂散电流干扰对X65钢试样存在腐蚀影响,影响作用较为轻微。

S44535铁素体不锈钢高温氧化行为

为了探究稀土La对S44535铁素体不锈钢高温氧化行为的影响,采用加速氧化对添加0.26%La的S44535钢在800、900、1000℃下的静态空气中进行高温氧化研究。采用恒温氧化法对比S44535铁素体不锈钢在三种温度下的氧化动力学曲线,用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对钢的氧化层进行表征分析,探究了稀土La对铁素体不锈钢高温抗氧化性能的影响。结果表明,氧化产物主要为Cr2O3和MnCr2O4,随着温度的升高,表面氧化膜增厚且更加致密,其外层富含Mn,内层富含Cr,说明稀土改变了氧化膜的生长方式,且呈现出较为优异的高温抗氧化性能。