抗渗氢剂对模拟深海环境下10CrSiNiCu钢氢损伤行为的影响

作者
顾万诚
摘要
由于低合金高强钢比强度高,焊接性能优异,因此成为海洋结构、船舶等行业的常用材料。例如,国内许多潜艇、船舶都使用低合金高强钢10CrSiNiCu船体材料。然而,高强钢由于其位错密度大,基体缺陷多,使半径较小的氢原子容易进入金属基体,具有较高的氢脆敏感性,使材料塑性下降,发生脆断。
    随着浅海资源的日渐减少,深海资源得到越来越多的关注,而相较于浅海,深海是一种更为苛刻的腐蚀环境。除此,海洋军事如潜艇对材料的耐蚀性能和力学性能要求日益提高,低合金高强钢的使用由于其氢脆敏感性而受到限制。然而,目前对于深海环境下金属氢损伤行为的研究寥寥无几,深海环境与抑制氢损伤方法的复合作用对于金属氢损伤行为的影响更是未见报导。因此,对于深海环境与抗渗氢剂X的复合作用对于氢损伤行为的影响研究就显得十分有意义。
    本文通过Devnathan-Stachurski双电解池渗氢实验、拉伸断裂试验、腐蚀失重实验、电化学阻抗谱测试、动电位极化测试以及微观形貌观察等方法,对不同静水压力与抗渗氢剂X的复合作用对高强钢10CrSiNiCu氢损伤行为的影响、不同浓度抗渗氢剂X与静水压力的复合作用对高强钢10CrSiNiCu氢损伤行为的影响以及预载应力状态下,不同静水压力与抗渗氢剂X的复合作用对氢损伤行为的影响进行了研究,并研究了其作用机理。发现:
    随着静水压力的提高,高强钢10CrSiNiCu的氢损伤程度和腐蚀速度先降低后升高,在70atm静水压力下达到最小值;抗渗氢剂X的添加,可以使高强钢10CrSiNiCu的氢损伤程度和腐蚀速度进一步降低。这是由于(1)静水压力将表面氢原子和氢气分子固定在活性位点,阻碍后续氢离子占据,阻碍后续反应发生,从而抑制了氢损伤程度和腐蚀速度;但当静水压力达到90atm后,被固定在活性位点的表面氢原子只有通过进入金属基体的途径离开金属表面,因此,加剧了氢损伤程度和腐蚀程度。(2)抗渗氢剂X占据活性位点,在静水压力下,可以将抗渗氢剂X固定在活性位点,阻碍电化学反应的发生;同时,抗渗氢剂X可以促进表面氢原子复合-脱附,降低表面氢原子浓度,从而降低氢损伤程度。(3)在静水压力≤80atm时,静水压力和抗渗氢剂X的复合作用,可以增强抑制氢损伤行为;但当静水压力达到90atm后,静水压力起主导作用,同时,静水压力抑制了表面氢原子的复合-脱附,从而静水压力和抗渗氢剂X的复合作用无法抑制渗氢。
    在静水压力下,抗渗氢剂X的添加可以有效地抑制氢损伤行为。但是,存在一个极值浓度,使抗渗氢剂X抑制氢损伤行为最为明显。这是由于在该浓度下,抗渗氢剂X表面覆盖效应和促进表面氢原子复合-脱附的复合作用,降低表面氢原子浓度最为明显。
    在预载应力状态下,不同静水压力与抗渗氢剂X的复合作用对于高强钢10CrSiNiCu渗氢行为和腐蚀速度的影响与未预载应力状态下相同,但抑制效果减弱,且无法抑制高强钢10CrSiNiCu的氢损伤行为。这是由于预载应力增强了表面氢原子的吸附,增加了氢原子的渗透量,且高强钢10CrSiNiCu的塑性损失存在一个极值,预载应力的存在,使高强钢10CrSiNiCu氢损伤引起的塑性损失达到了极值以下,因此,静水压力和抗渗氢剂X的复合作用无法抑制高强钢10CrSiNiCu的氢损伤。
关键词
深海腐蚀;静水压力;抗渗氢剂;预载应力;氢损伤行为;高强钢
页数
103
出版日期
2020-03-11
学位授予单位
哈尔滨工程大学
学位年度
2017
学位
硕士
语言
chi
院系
材料科学与工程
导师
孟国哲
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