阴极极化对海水中907钢氢脆敏感性影响研究

摘要

高强钢因其具有优异的性能广泛应用于飞机、船舶、海洋构筑物等行业。随着强度的增加，高强钢的氢脆敏感性增加。为了抑制高强钢在海水中的腐蚀，通常采用阴极保护技术，阴极保护电位过负，促使氢在金属表面生成，容易引起高强钢的氢脆断裂问题。随着我国海洋战略的实施，高强钢的使用越来越多，阴极保护导致高强钢氢脆问题日益突出。通常高强钢的腐蚀控制采用涂层加阴极保护的联合保护技术，研究阴极极化对带涂层907钢氢脆敏感性影响有重要的实际意义。因此有必要研究阴极极化对高强钢氢脆敏感性影响，从而为特定高强钢.环境体系确定合适的阴极保护准则。 本文以907钢为研究对象，采用慢应变速率拉伸实验技术，以延伸率、断裂能、氢脆系数作为评价指标，研究了不同极化电位907裸钢、907涂层钢氢脆敏感性变化规律；应用电化学测试技术，并结合三维视频和扫描电子显微镜断口形貌观察结果，分析不同极化电位下907钢的断裂机理。在阴极极化对907裸钢、完好涂层、5％涂层破损907钢氢脆敏感性影响研究基础上，比较了阴极极化对海水中907裸钢、完好涂层、5％涂层破损907钢氢脆敏感性影响，分析阴极极化、涂层对907钢氢脆敏感性协同作用。 阴极极化对907裸钢氢脆敏感性影响研究结果表明：作为表征氢脆敏感性指标的断裂时间、延伸率、断裂能，随阴极极化电位负移逐渐减小，氢脆系数逐渐增加，氢脆敏感性增强。抗拉强度、屈服强度、断裂强度随极化电位变化呈不规律性变化，与氢脆敏感性无相关性。拉伸过程每个变形阶段，随极化电位负移，极化电阻减小，-1.01V时减小最明显，阴极保护电流迅速增加。综合氢脆评价指标变化和电化学测试结果：Ecorr～-0.91V的极化电位区间，氢脆系数很小，低于氢脆危险区，907钢断裂为以微孔聚集型为主的韧性断裂。-1.01V，氢脆系数接近氢脆危险区，已经出现脆性解理断裂特征。-1.06V时，氢脆系数进入氢脆危险区，主要为脆性断裂。 阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响研究结果表明：随极化电位负移，氢脆系数增加，氢脆敏感性逐渐增强。极化电位负移，完好涂层试样表面涂层破裂需要时间缩短，氢脆系数增加，氢脆敏感性逐渐增强。完好涂层907钢-0.91V时，氢脆系数略有增加，断口微观形貌出现脆性断裂特征；-0.96V时，极化电阻减小最明显，阴极保护电流迅速增加，氢脆系数迅速增加，进入氢脆危险区，断口形貌70％为脆性断裂特征，该条件下发生以解理为主的氢脆。随极化电位负移，5％涂层破损907钢氢脆敏感性增强，-1.01V氢脆系数进入氢脆危险区。 对比分析阴极极化对907裸钢、完好涂层和5％涂层破损907钢氢脆敏感性影响发现：907裸钢和涂层钢氢脆敏感性随阴极极化电位负移增强，恒电位拉伸过程极化电流逐渐增大。-0.91～-1.11V范围内，同一电位极化时，完好涂层和5％涂层破损907钢极化电流都小于裸钢，氢脆系数都显著高于裸钢。阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响显著大于对907裸钢的影响。907涂层钢较易发生氢脆断裂，可能因为涂层破裂处应力集中，并且涂层完好部分阻碍氢向外扩散，从而加速氢在局部区域集中，金属中氢浓度迅速达到临界值，从而很快导致裂纹孕育、扩展，直至断裂。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1应力腐蚀和氢脆

1.2氢脆相关理论

1.2.1氢脆类型和机理

1.2.2氢脆断裂断口形貌

1.2.3氢脆影响因素

1.2.4氢脆研究方法

1.3阴极保护导致高强钢氢脆国内外研究

1.4氢脆防止措施

1.5本课题学术思路、研究内容及技术路线

1.5.1学术思路

1.5.2研究内容及技术路线

2实验方法

2.1试验材料

2.2试样制备

2.3实验方法

2.3.1动电位极化

2.3.2恒电位极化

2.3.3交流阻抗谱测试

2.3.4涂层浸泡实验

2.3.5慢应变速率拉伸实验

2.3.6断口形貌观察

3阴极极化对907裸钢氢脆敏感性影响

3.1 907裸钢海水中极化曲线

3.1.1动电位极化

3.1.2恒电位极化

3.2不同极化电位907裸钢拉伸性能

3.2.1不同极化电位应力-应变曲线

3.2.2结果分析

3.3不同极化电位极化电阻

3.4不同极化电位极化电流

3.4.1恒电位下拉伸过程极化电流变化规律

3.4.2极化电位对极化电流影响

3.5断口形貌及微区成分分析结果

3.6阴极极化对907裸钢氢脆敏感性影响机理

3.7本章小结

4.阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响

4.1阴极极化对完好涂层907钢氢脆敏感性影响

4.1.1完好涂层907钢不同浸泡时间交流阻抗

4.1.2不同极化电位拉伸性能

4.1.3不同极化电位极化电阻

4.1.4不同极化电位下极化电流

4.1.5断口形貌观察结果

4.2阴极极化对5％涂层破损907钢氢脆敏感性影响

4.2.1不同极化电位拉伸性能

4.2.2不同极化电位极化电阻

4.2.3不同极化电位极化电流

4.3 907涂层钢氢脆断裂发展过程

4.4本章小结

5.阴极极化、涂层对907钢氢脆敏感性协同作用研究

5.1阴极极化对907裸钢氢脆敏感性影响

5.2阴极极化对907涂层钢氢脆敏感性影响

5.2.1阴极极化对完好涂层907钢氢脆敏感性影响

5.2.2阴极极化对5％涂层破损907钢氢脆敏感性影响

5.3阴极极化、涂层对907钢氢脆敏感性协同作用

5.3.1海水中907裸钢、涂层钢动电位极化

5.3.2不同极化电位907裸钢、涂层钢应力-应变曲

5.3.3不同极化电位907裸钢、涂层钢氢脆系数

5.3.4不同极化电位907裸钢、涂层钢极化电流

5.4阴极极化、涂层对907钢断裂过程协同作用

5.5本章小结

6结论

参考文献

致 谢

个人简历、发表的学术论文