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《北京科技大学》 2018年
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交流电作用下X80钢近中性pH环境应力腐蚀行为及机理

万红霞  
【摘要】:X80钢广泛应用于西气东输工程,由于地理位置和空间的限制,管线钢和高压输电线及电气化铁路等在许多地方出现了公共走廊,交流腐蚀越来越突出。因而本课题在此背景下,围绕交流电作用下X80钢在近中性pH环境中的应力腐蚀行为及机理,采用数据采集器、电化学、浸泡试验、慢应变速率拉伸试验结合表面分析等方法和手段研究了全波、恒电位、半波对X80钢腐蚀行为及应力腐蚀行为的影响,以及研究了交流电与影响土壤腐蚀关键因素的Cl-和蜡状芽孢杆菌耦合作用下X80钢的腐蚀行为及应力腐蚀行为,最后通过电化学循环伏安结合有限元Comsol Multiphysics模拟对交流电干扰下应力腐蚀电化学机理进行了分析。研究结果表明:在近中性环境中,交流电促进X80钢腐蚀,随着交流电密度的增大,其腐蚀形态发生变化,由全面腐蚀转变为局部腐蚀;交流电增大X80钢应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀机理表现为阳极溶解和氢脆共同机制。当交流电密度小于10A/m2时,交流电震荡作用促进腐蚀增大应力腐蚀敏感性;当交流电密度大于30A/m2时,交流电促进氢的析出而增加应力腐蚀敏感性。负半波交流电促进了 X80钢的阴、阳极反应,正半波交流电促进了阳极反应,因而交流电促进X80钢腐蚀。当负半波交流电密度达到30A/m2时会促进氢的析出,导致氢致阳极溶解的点蚀坑,点蚀坑比较尖锐;其SCC敏感性明显增强,氢脆在SCC中占主要作用。正半波交流电密度不低于30A/m2时,促进Fe的阳极溶解,点蚀坑呈现宽且浅的凹形,X80钢表现出一定的SCC敏感性。交流电与Cl-协同作用促进X80钢腐蚀,增强了其应力腐蚀敏感性。施加交流电后其在工作电极和参比电极之间的波形发生明显的负移,交流电参与腐蚀的进行。交流电能促进Cl-迁移,导致裂纹尖端Cl-的富集,裂纹尖端Cl-浓度明显大于对照组,交流电促进离子迁移,从而加速腐蚀。在交流电与蜡状芽孢杆菌共同作用的体系内,交流电会促进有机物迁移,导致X80钢表面吸附较多有机物。蜡状芽孢杆菌在有机物和腐蚀产物膜底部无氧环境中,通过反硝化作用将NO3-离子转变为NH4+离子,促使X80钢表面产生局部腐蚀;交流电与蜡状芽孢杆菌协同作用加速了 X80钢腐蚀,增大了 X80钢应力腐蚀敏感性。最后通过循环伏安结合有限元模拟说明了交流电促进腐蚀和增大应力腐蚀的原因:交流电会改变原有的极化电位,且在金属表面做周期震荡,破坏金属表面状态,造成阳极氧化曲线与阴极还原曲线的不对称,导致阳极溶解速率大于阴极还原速率,因而在局部发生腐蚀。阴极电流的增加主要在阴极极化阶段,结合有限元模拟发现,阴极极化电流的增加促使氢局部析出,导致管线钢发生氢脆,在一定条件下产生裂纹,增大应力腐蚀敏感性。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG172

【参考文献】
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