海洋环境用低合金钢及焊接接头腐蚀行为研究

摘要

由于海洋苛刻的腐蚀环境，钢结构及其构造物的腐蚀成为金属材料失效的主要形式。09CuPCrNi低合金钢具有强韧、塑延等特性，主要应用于海洋大气环境，同时也可应用于钢板桩和海洋石油平台等海洋全浸区。此外，现代船舶和海洋工程均离不开焊接这一材料加工方法。因此，通过实验室模拟海洋大气区及全浸区环境下，重点研究低合金钢焊接后腐蚀行为的变化，同时以碳钢为比较对象，研究添加合金元素的低合金钢与其腐蚀行为的差异，具有深远的意义。
　　本文通过慢应变应力腐蚀试验研究09CuPCrNi低合金钢焊接前后在不同腐蚀介质中的应力腐蚀敏感性。采用实验室模拟海洋大气区及全浸区腐蚀试验，研究焊接前后的09CuPCrNi低合金钢与Q235B碳钢，在海洋大气及海洋全浸区耐腐蚀性能，结合SEM、XRD、电化学测试以及 EPMA，研究腐蚀机理以及合金元素对耐腐蚀性能的影响。研究结果表明：
　　在模拟海洋大气环境下，试验周期内，焊接前后的09CuPNiCr低合金钢及Q235B碳钢呈现出相同的腐蚀发展趋势，即腐蚀速率经历了先增大后减小的规律；在试验周期的前半程，焊接接头的腐蚀速率始终大于母材，但在后半程时，焊接接头的腐蚀速率减缓趋势明显，使得12W和24W时的总体腐蚀速率要小于母材；添加了合金元素的低合金钢的腐蚀速率始终小于普通碳钢；试验钢外锈层中的物质主要以α-FeOOH、γ-FeOOH为主，且含有Fe3O4；焊接前后的低合金钢锈层中均出现了Cu、Cr、Ni元素的富集，且富集程度相近。
　　在模拟海洋全浸区环境下，试验周期内，焊接前后的09CuPNiCr低合金钢及Q235B碳钢的腐蚀速率变化一致，即呈现下降趋势；在试验周期的前半程，焊接接头的腐蚀速率始终大于母材，但在后半程时，焊接接头腐蚀速率的减缓趋势明显，使得12W和24W时的总体腐蚀速率要小于母材；添加了合金元素的低合金钢的腐蚀速率始终小于普通碳钢；试验钢外锈层中的物质主要由γ-FeOOH和α-Fe2O3组成，内锈层出现了Cu、Cr、Ni合金元素的富集，促进了钢表面致密性的α- FeOOH相的生成，且焊接接头与母材的元素富集程度相近。
　　慢应变速率应力腐蚀试验结果表明，09CuPCrNi低合金钢材料本身在3.5％NaCl溶液中即存在一定的应力腐蚀倾向，焊接更加大了应力腐蚀的敏感性；而在0.052％NaHSO3介质中，材料本身应力腐蚀倾向较小，但焊接同样增大了应力腐蚀的敏感性，且焊接的影响较在3.5%NaCl溶液中大。

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第1章 绪论

1. 1 引言

1. 2耐海洋腐蚀钢概述

1. 3 合金元素对海洋环境用钢耐蚀性的影响

1. 4 耐海洋腐蚀用钢的应力腐蚀开裂

1. 5 耐海洋腐蚀用钢国内、外的研究进展

1. 6 耐海洋腐蚀用钢的发展趋势

1. 7 本课题研究目的及意义

1. 8 研究内容

第2章 实验设备材料及研究方法

2. 1 实验材料与试剂

2. 2 焊接工艺

2. 3 实验室模拟腐蚀试验

2. 4 微观组织表征

2. 5 力学性能测试

2. 6 电化学测试

2. 7 应力腐蚀试验

第3章 09CuPCrNi焊接接头组织形貌及力学性能试验研究

3. 1 引言

3. 2 焊接接头显微组织分析

3. 3 焊接接头拉伸性能及断口分析

3. 4 焊接接头的硬度分析

3. 5 小结

第4章 模拟海洋大气环境的腐蚀试验研究

4. 1引言

4. 2腐蚀速率

4. 3 锈层物相分析

4. 4 锈层的形貌

4. 5带锈实验钢的电化学测试

4. 6合金元素在锈层中的分布

4. 7结论

第5章 模拟海洋全浸区环境的腐蚀试验研究

5. 1引言

5. 2腐蚀速率

5. 3 锈层物相分析

5. 4 锈层的形貌

5. 5带锈实验钢的电化学测试

5. 6合金元素在锈层中的分布

5. 7 结论

第6章 09CuPCrNi及其焊接接头应力腐蚀性能试验研究

6. 1引言

6.2 不同介质下09CuPCrNi低合金钢应力腐蚀敏感性

6.3焊接对09CuPCrNi低合金钢应力腐蚀敏感性的影响

6. 4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢