高强钢丝在模拟海工预应力混凝土的溶液中应力腐蚀开裂的研究

本文使用预切口试样,研究预应力高强钢丝在模拟混凝土的饱和Ca(OH)_2 NaCl溶液中对应力腐蚀开裂的敏感性。研究采用了恒荷载轴拉和悬弯两种应力腐蚀试验方法。研究了氯化物浓度、外加剂、电位、pH、偶合金属以及氧、氮等对高强钢丝应力腐蚀开裂敏感性的影响。通过研究,对高强钢丝在海工预应力混凝土中的应力腐蚀开裂敏感性、影响因素和防护措施等有了一个初步的认识。     

X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则适用性

通过表面观察及电化学方法研究X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则的适用性,测试结果表明:腐蚀控制因素为阳极控制,对金属施加阴极极化第5天降低金属腐蚀速度主要通过增大金属表面SRB的附着电阻和电荷转移电阻实现;而施加阴极极化第10天,阴极保护主要通过改变金属表面电荷转移电阻控制腐蚀速度,且阴极极化电位越大控制效果越好。无阴级保护的金属试样腐蚀产物较多且附着力差,施加阴极保护的金属试样腐蚀产物较少且附着力较强。阴极保护的确能对存在SRB的海水溶液环境中X80钢起到阴极极化作用,但极化5 d时传统的阴极保护准则中-850 mV_CSE(即-770 mV_SCE)电位未达到85%的保护要求,-950 mV_CSE(即-870 mV_SCE)电位刚刚能满足保护要求;而极化10 d时2种极化电位下保护度都有所下降且都不能满足保护要求,因此还需要进一步实验确定其合适的阴极保护电位。     

氢对奥氏体不锈钢在酸性氯离子溶液中SCC作用初探

关于奧氏体不锈钢在氯化物溶液中的应力腐蚀开裂(SCC),有人认为受阳极溶解控制,有人认为受氢脆控制。Jani等(1991)通过透射电子显微技术研究了奥氏体不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的SCC,结果表明,氢能进入金属诱发马氏体相变,使不锈钢发生脆性断裂,提出了奥氏体不锈钢SCC的氢脆机理。乔利杰等(1987,1988)对304,321,310不锈钢在沸腾MgCl2溶液中的SCC的研究表明,在SCC过程中氢确实能进入金属,但其浓度不足以引发氢脆,发生SCC的门槛应力强度因子KISCC低于发生氢脆时的应力强度因子KIHC,虽然氢在SCC过程中不起控制作用,但却能加速不锈钢的阳极溶解过程,应力和氢对不锈钢的阳极溶解过程存在协同效应。奥氏体不锈钢在酸性氯离子溶液中发生SCC时,氢的产生是必然的,因而有必要研究氢在SCC过程中所起的作用。同时我们注意到Jani等(1991)所做的研究是在断裂后的试样断口上进行的,他们得出的实验结果是否能反映裂尖的情况,马氏体相变是否是在裂尖前沿首先发生等问题,我们认为是值得进一步深入探讨的。只有对裂尖和已经形成的裂纹表面同时进行观察研究,才能反映真实的SCC过程。本文通过氢对不锈钢阳极溶解的影响,透射电镜观察,X射线衍射等实验初步探讨了氢对奥氏体不锈钢于酸性氯离子溶液中SCC的作用,以便为应力腐蚀开裂机理研究提供证据。     

钛/碳钢在海水中电偶腐蚀的研究

研究了国产纯钛和碳钢Q235在青岛近海海水中的电偶腐蚀情况。测定这两种金属材料的自然腐蚀电位和失重速率；用IM6e电化学工作站测定两种金属材料在海水中的稳态极化曲线，研究其极化性能；测定了碳钢与钛组成不同面积比、不同温度、不同海水流速时电偶电流的大小、方向，电偶电位，以及不同面积比时阳极的失重速率。结果表明，阳极的腐蚀速率随阴／阳极面积比、环境温度、海水流速的增大而增加，且阳极腐蚀速率随阴／阳极面积比的增大趋于极限值。     

TMCPX80管线钢焊接件耐氢渗透研究

采用氢渗透试验法、硫化氢致应力四点弯曲法研究了TMCP X80高强度管线钢焊接件不同部位的氢渗透及其开裂行为,用扫描电镜对母材、热影响区、焊材进行显微组织分析。结果表明,该SZP-117试样各区显微组织不同,焊材比母材耐氢渗透能力差,焊接后熔合线部位耐氢渗透能力大于焊材的,但热影响区耐氢渗透性能次于母材。另外,s-117试样大热输入耐氢致开裂的能力比小热输入差。     

金属腐蚀闭塞区内电位和pH参数的探索

模拟闭塞腐蚀电池的发生过程,研究了OCr 18Ni 9Ti奥氏体不锈钢在pH=6.86的3％ NaCl溶液中,在承受一定拉应力的情况下,闭区内试样段电位和介质pH值随闭区外试样段极化电位变化的规律。结果表明:不论闭区外试样段阳极极化电位值的高还是低,闭区内试样段的电位均落在试样自腐蚀电位范围内,闭区内介质pH=2.5—3.0。当闭区外试样段阴极极化时,闭区内试样段电位接近外部试样的极化电位值,但一般要正十几毫伏到几十毫伏,闭区内介质的pH值都随着闭区外试样段极化电位的负移而上升。     

不同温度下铝牺牲阳极合金元素对工作电位影响的灰箱分析

目前，城市用水中约80%是工业用水，而工业用水中约80%是工业冷却水。为节约淡水，人们试图利用海水代替淡水做工业冷却水。但在海水冷却系统中，换热器的出口及其后续部分的钢铁设施由于海水温度较高(一般在50℃左右，有的还大于55℃)，腐蚀现象相当严重，解决该部位的腐蚀防护问题是直接利用海水代替淡水做工业冷却水中不可缺少的一个环节。牺牲阳极是防止海水中钢铁设备腐蚀的一种行之有效的方法，但常用的几种牺牲阳极在该温度下不能适用。因此，找出牺牲阳极性能在不同温度下的变化规律，对研制能在高温下使用的牺牲阳极有着重要的理论和实际意义。 工作电位是牺牲阳极一项重要的性能指标。牺牲阳极只有具备了足够负的工作电位，才能在实际应用中保持足够的驱动电压(朱相荣等，1999；火时中，1988)，达到长期使用的目的。有关文献报道了牺牲阳极添加元素对工作电位的影响(朱承德等，1997；Gurrappa1997；张信义等，1996)，但哪些元素对阳极工作电位的影响更大些，元素对工作电位的影响是否有一定的规律，却均无报道。本文作者根据以上文献选择元素，自制了28种铝基牺牲阳极，并按国标GB4948-85的方法进行实验，用灰箱分析的数学方法对得到的数据进行分析，所得结果对研制高温海水中如何应用牺牲阳极有一定的指导作用。     

LF4铝合金在海水中的腐蚀性能研究

对艇用铝材LF4及其它多种管系金属材料进行静态和动态条件下的自然电位、自然腐蚀率、电化学性能、电偶腐蚀行为等进行多方面的腐蚀试验，得出这些材料在静态和动态海水中的腐蚀性能指标以及变化规律。随着海水流速的增加，LF4铝合金耐蚀性迅速降低。LF4在天然海水中有钝化的趋势，但是钝化膜不完整易破坏。在与其它常用管系金属材料组成的电偶对中，LF4均作为阳极受到加速腐蚀。     

团聚-分散行为对悬浮液Zeta电位的影响

试验研究了NaCl和CaCl22种电解质加入量对不同粒径玻璃微珠(S1,S2,S3)和蒙脱石(M0)悬浮液Zeta电位的影响,以考察颗粒性质、颗粒粒径和电解质对Zeta电位和悬浮液稳定性(分散或团聚)的影响。试验结果表明,粒径较大的玻璃微珠S1和S2悬浮液Zeta电位随电解质的增加而逐渐增加,与文献中的描述基本一致;但粒径较小的玻璃微珠S3和蒙脱石M0悬浮液的Zeta电位随电解质的增加呈现出一些异常的变化,特别是在零电点附近发生了剧烈波动。分析S3和M0悬浮液Zeta电位出现异常变化的原因,可能是微细颗粒在零电点附近发生了较为明显的分散-团聚-再分散过程,团聚或分散过程又反过来影响到悬浮液的Zeta电位和粒度分布。     

均匀腐蚀海工结构钢拉伸试验研究

根据电化学腐蚀原理,制备不同均匀腐蚀程度的海工高强度结构钢NVD36试件,对腐蚀试件进行了拉伸试验,得到了钢材拉伸性能的变化规律:随着腐蚀程度的增加,钢材NVD36的弹性模量、屈服强度、屈服应变、极限强度、峰值应变、断裂强度和断裂应变(极限应变)都在逐渐变小,屈服平台长度和强化应变没有明显的变化趋势,强屈比保持在一定范围内。当腐蚀质量相同,试件出现明显点蚀时,NVD36钢材的拉伸性能有所退化。通过拟合试验数据,建立了腐蚀后海洋结构钢应力-应变三折线模型,并对拉伸试验进行了数值模拟。     

应力腐蚀开裂的一种概率竞争机制

１９９８年１月,采用极化曲线,慢应变速率及扫描电镜等试验技术,研究了奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。结果表明,奥氏体不锈钢在酸性氯离子溶液中处于活性阳极溶解状态,但去发生应力腐蚀开裂,其断口形貌具有解理特征。这种ＳＣＣ无法用钝化膜破裂一再钝化理论和氢脆理论解释。本文以阳极溶解和表变的相互作用,激光散斑干涉术对裂纹尖端应变行为的测量,断口形貌观察等实验结果为基础,结合韧性和脆性断裂概率竞争的观点,提出了     

硫酸盐还原菌对热镀锌钢材氢渗透行为的影响

采用Devanathan-Stachurski 双面电解池检测氢渗透电流技术和扫描电镜分析, 研究了热镀锌钢材在灭菌海水、灭菌培养基和接种了硫酸盐还原菌(SRB)的培养基等3 种介质中的氢渗透行为。氢渗透电流检测结果表明, 培养基的部分组分对热镀锌钢材的氢渗透行为有促进作用, 试样在灭菌培养基中的氢渗透电流密度的平均值比在灭菌海水中提高了约6 倍。尽管活性SRB 代谢产生的S^2?和HS^?能够促进热镀锌钢材的氢渗透行为, 但是, 由SRB 及其代谢产物和它们所黏附的腐蚀产物所形成的致密微生物膜减少了氢的析出和试样对氢的吸收量, 导致热镀锌钢材氢渗透行为最终被抑制, 因此, 试样在接菌培养基中的氢渗透电流密度的平均值比其在灭菌培养基中降低77%。扫描电镜分析表明, 热镀锌钢材在灭菌海水中能够形成腐蚀产物膜, 而暴露于灭菌培养基中的试样表面未形成明显的腐蚀产物膜, 但在接菌培养基中试样表面能形成黏附了腐蚀产物的致密微生物膜的附着, 表明热镀锌钢材表面的微生物膜与其氢渗透行为之间存在明显的相关性。     

动电位极化法评价海底土腐蚀性

利用新设计的模拟海底沉积物腐蚀环境的电解池，研究动电位极化法评价海底土（１９８８年７月采于辽东湾）腐蚀性的可行性。结果表明，该方法能显示出当材料表面状态不同时以及当海土温度和电阻率变化时电极过程的差异，可用于海底土腐蚀性的测试。     

热浸镀锌-5%铝钢材在海水中的氢脆敏感性

热浸镀锌-5％铝镀层钢材在海洋环境中使用时可能存在氢脆问题。采用慢应变速率拉伸实验法,结合扫描电镜分析,研究了锌-5％铝镀层钢材在海水中的氢脆敏感性。发现锌-5％铝镀层对钢材基体进行阴极保护引起的氢渗透,可显著降低钢材的断后延伸率和能量密度,使钢材的断裂方式由韧性向准解理转变,提高了其在海水中的氢脆敏感性。     

Zn-Al合金镀层低铬钝化膜的组成和耐蚀性

目前，在中国采用热浸镀Zn及其合金一直是防止钢材在自然环境中腐蚀的最经济有效的方法，为了提高镀层的防腐和涂装性能，往往在其表面进行钝化处理。传统的镀锌层钝化处理工艺均采用高浓度的铬酸盐溶液， 这对环境污染和人体的危害较严重。随着环境保护问题日益引起人们的重视，在传统的高铬钝化基础上，低浓度铬酸盐钝化开始步入实用性阶段(吴双成，1996；卢燕平等，1995)。但是，目前低铬钝化研究主要集中于热浸镀Zn或电镀Zn镀层，而合金镀层由于化学稳定性高，与铬酸溶液自发反应能力差，无法采用常规的低铬钝化方法处理，有关这方面的报道目前尚少。王洪仁(1998)对Zn-Al合金镀层的低铬钝化处理进行了有益的探索，获得了一个优化的低铬钝化配方和稳定的钝化工艺，并成功地应用于热浸镀Zn-Al合金镀层的表面防锈处理；实验证明，海水在模拟浸泡6个月后，钝化处理Zn-Al合金镀层的腐蚀失重比未钝化样品降低65.9%，表明低铬酸盐钝化使Zn-Al合金镀层的耐海水腐蚀性能得到显著提高(Li Y et al.，2001)。本文作者在前人基础上对Zn-Al合金镀层低铬钝化膜的组成和耐盐雾腐蚀性进行了研究，并初步探讨了钝化膜的形成过程及其耐蚀机理。对Zn-Al合金镀层低铬钝化处理技术的研究，不仅大大降低了对环境的污染和人体的危害，也是在低铬钝化研究方面的重大突破，具有十分重要的意义和实际应用价值。     

海水中钢铁腐蚀与环境因素的灰关联分析

应用灰关联分析方法解析了海水环境因素与钢铁腐蚀的关系。根据灰关联度的计算 ,在诸海水环境因素中找出影响碳钢、低合金钢在海水中局部腐蚀深度及平均腐蚀率的主要影响因素 ,分析结果与现场试验结果较为吻合     

几种腐蚀性因子对海底土腐蚀性影响的初步研究

在室内可模拟海底土腐蚀环境的电解池中研究了温度和电阻率对钢材在海土中腐蚀电极过程的影响以及温度、电阻率和硫酸盐还原菌对钢材在海土中腐蚀的影响.结果表明,温度升高、电阻率降低都能使钢在海土中的阴、阳极过程变得易于进行;而温度升高、电阻率降低、硫酸盐还原菌含量增加,将不同程度地加快钢材在海土中的腐蚀.     

深海管道钢的腐蚀疲劳裂纹扩展特性试验研究

采用侧壁开槽型CT试样,分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验,研究海底管道用钢X65在海水腐蚀环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。为保证试样既能满足腐蚀疲劳试验机的夹具要求,又可控制裂纹沿直线方向扩展,采用侧壁开槽技术对CT试样进行改进;利用有限元软件ABAQUS,建立三维模型,验证了对于侧壁开槽型CT试样,可以采用ASTM标准推荐的应力强度因子表达式对改进后CT试样开展数值计算。利用YYF-50腐蚀疲劳试验装置开展试验,试验结果表明:和惰性环境相比,腐蚀环境不仅会加速X65钢的裂纹扩展速率,还会降低腐蚀疲劳体系下裂纹扩展的门槛值;在腐蚀体系下存在裂纹扩展的稳定阶段,可采用Paris公式对其腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行预测。