自然海水环境中材料的应力腐蚀试验技术及材料性能的研究

摘要

本研究选取海洋平台常用钢E40钢，E550钢以及常用奥氏体不锈钢316L不锈钢作为研究材料，在其他条件不变的情况下，研究自然海水环境中不同应力对材料应力腐蚀的影响，并通过电化学噪声方法监测E40钢，E550钢应力腐蚀的发生情况并进行了电位噪声及电流噪声测试。
　　研究第一部分采用四点弯曲以及慢应变拉伸速率的实验方法研究三种材料分别在0MPa、1倍屈服和最大屈服极限这3个应力下的应力腐蚀情况，实验周期为一个月。用电化学阻抗以及线性极化方法评价了材料在不同应力下的腐蚀性能特点。通过慢应变拉伸速率的方法对比了腐蚀前后材料性能的变化，结果表明:
　　(1)E40钢在0MPa下的容抗弧直径远大于460MPa和540MPa下的容抗弧直径，说明在0MPa下，E40钢电极表面的电荷转移电阻Rt值较大。随着应力的增大，电极表面电荷转移速度逐渐增大，Rt值下降。E550钢在550MPa下的容抗弧直径是最大的，其Rt值较大。316L不锈钢阻抗谱在不同加载应力下具有一致的特点，都是一个单一的容抗弧，容抗弧的直径随着应力的增大而减小，表明了其电荷转移电阻Rt随着应力的增大而减小。
　　(2)0MPa下的E40钢的极化电阻Rp值最大，随着应力的增大，E40钢的Rp值逐渐减小，E500钢在550MPa下的Rp值最大，656MPa应力下的Rp值最小。三个应力条件下，316L不锈钢Rp的整体变化趋势是相同，即随着实验的进行Rp值先是迅速减小，然后又缓慢升高，随后Rp的变化变得平缓，几乎不再变化。
　　(3)E40钢和316L不锈钢最大抗拉强度和断裂应变是随着应力的增大而减小，表明，E40钢和316L不锈钢的SCC敏感性随着应力的增大而增大;E550钢最大抗拉强度随着应力的增大而减小，断裂应变随着应力的增大，先减小后增大。
　　(4)扫描电镜的断裂形貌分析表明，E40钢的断裂从宏观上属于脆性断裂，微观上属于准解理断裂，应力改变对E40钢的断裂形貌没有太大的影响;E550钢的断裂宏观上属于脆性断裂，在微观上，0MPa下属于韧窝断裂，550MPa和656MPa下属于解理断裂;316L不锈钢的SCC敏感性会随着应力的增加而增大，其断裂类型在宏观上属于脆性断裂，在微观上属于韧窝断裂。
　　研究第二部分设计电解池，采用电化学噪声的方法监测E40钢和E550钢两种材料的应力腐蚀发生情况，实验结果表明通过电化学噪声的方法可以监测材料应力腐蚀的发生状况，通过对电流噪声和电位噪声的时域谱以及频域谱的分析，根据PSD曲线拟合，低频噪声水平以及高频噪声的出现，可以清楚地推算出应力腐蚀发生的时间，并且可以定向地研究电极的腐蚀状态以及机制的变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 自然海水环境中的应力腐蚀

1．3 应力腐蚀开裂(SCC)研究现状

1．3．1 应力腐蚀开裂的特征

1．3．2 影响应力腐蚀开裂的因素

1．3．3 应力腐蚀开裂(SCC)机理

1．3．4 应力腐蚀开裂(SCC)的测试方法

1．3．5 应力腐蚀的电化学测试技术

1．4 本论文研究的主要内容和目的

第二章 不同应力下材料在海水中的应力腐蚀性能研究

2．1 试验材料与试样制备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试样制备方法

2．2 试验方法

2．2．1 试样的制备

2．2．2 电化学测试

2．2．3 慢应变速率拉伸试验

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同应力下的电化学阻抗行为研究

2．3．2 不同应力下的线性极化行为研究

2．3．3 腐蚀形貌观察

2．3．4 拉伸结果分析

2．3．5 断口形貌分析

2．4 本章小结

第三章 电化学噪声测试

3．1 电化学噪声的不同分析方法

3．1．1 频域分析方法

3．1．2 时域分析

3．1．3 电化学噪声的连续小波分析

3．1．4 PSD曲线特征参数的理论处理

3．2 电化学噪声技术在应力腐蚀开裂研究中的应用

3．3 C型环应力腐蚀系统的建立

3．4 电化学噪声实验结果分析

3．4．1 E40钢电化学噪声结果分析

3．4．2 E550钢电化学噪声结果分析

3．5 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 试验结论

4．2 文章创新点

4．3 有待进一步开展的工作

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间的研究成果