沿海炼厂16MnR钢大气环境中的氢渗透及脆性行为研究

摘要

氢脆现象是困扰着石油化工生产的一个重要问题,氢向钢材内部的渗入易使钢材变脆乃至失效,最终酿成重大的事故与灾难。近年来,围绕设备内部溶液介质对于材料氢脆敏感性的影响问题已有大量研究工作的开展,对大气环境下的氢脆现象却未引起足够的重视。而根据国家炼厂的布局,越来越多的沿海炼厂诞生,考虑到海洋大气本身属于材料发生氢致开裂的敏感环境,结合炼厂工业大气中的SO2等污染物,高温高湿、高盐分、干湿交替的大气环境都可能促进氢向钢材基体的渗透,为生产的稳定运行埋下安全隐患,因此有必要围绕炼厂设备用钢在海洋大气中的氢渗透及脆性行为展丌研究。
　　 本文以炼厂常用的Q345R(16MnR)钢为研究对象,利用双面电解池技术和慢应变速率拉伸法,结合扫描电镜对断口形貌观察和腐蚀产物分析,研究模拟海洋大气下各环境因素对此类钢材氢渗透行为的规律,并考察进入钢材内部的氢对其力学性能的影响,实验结果表明:(1)在模拟海洋大气环境下,16MnR钢存在氢渗透现象,随着温度、湿度的升高,试样的氢渗透行为加剧,且温度和湿度之间对促进此类钢材的氢渗透行为存在协同效应;亚硫酸盐在试样表面的沉积进一步加速材料的氢渗透现象;干湿交替环境对试样的氢渗透行为也存在明显的加速作用;氢渗透量与腐蚀失重存在线性关系。
　　 (2)氢的进入提高了16MnR钢的应力腐蚀敏感性,使其断后延伸率明显降低,扫描电镜分析结果显示,在断口边缘处能够看到脆性断裂的迹象,断口形貌随暴露时间的延长由韧性向脆性断裂转变;高温、高湿、含硫或干湿循环交替的大气环境都会使材料的力学参数降低,其中于湿循环交替的大气环境对16MnR钢的力学性能影响最大。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 金属的氢脆简述

1.2.1 氢脆的概念及分类

1.2.2 氢脆的特征

1.2.3 氢脆机理研究

1.2.4 氢脆的影响因素

1.2.5 氢脆的研究方法

1.3 大气腐蚀及海洋大气腐蚀

1.3.1 大气腐蚀的概念及分类

1.3.2 大气腐蚀的机理

1.3.3 海洋大气腐蚀环境影响因素

1.3.4 海洋大气腐蚀试验方法

1.4 课题研究的模拟环境与16MnR钢应用

1.4.1 课题研究的模拟环境

1.4.2 16MnR钢在炼厂中的应用

1.5 本课题研究的意义及内容

第二章 16MnR钢大气环境中的氢渗透行为研究

2.1 引言

2.2 试验方法

2.2.1 试验材料

2.2.3 试验设备及试验步骤

2.3 各环境因素对16MnR钢的氢渗透行为影响

2.3.1 相对湿度对16MnR钢氢渗透行为的影响

2.3.2 温度对16MnR钢氢渗透行为的影响

2.3.3 表面亚硫酸盐沉积量对氢渗透行为的影响

2.3.4 干湿交替环境对氢渗透行为的影响

2.4 实验室氢渗透电流与腐蚀失重测试

2.4.1 试验的方法

2.4.2 结果分析

2.5 本章小结

第三章 16MnR钢大气环境中的脆性行为研究

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3 16MnR钢试样大气环境中的力学性能及断口分析

3.3.1 16MnR钢试样在室温高湿环境中的力学性能及断口分析

3.3.2 16MnR钢试样在高温高湿环境中的力学性能及断口分析

3.3.3 16MnR钢试样在干湿交替环境中的力学性能及断口分析

3.3.4 16MnR钢试样在含有亚硫酸盐沉积物时的力学性能及断口分析

3.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢