X90管线钢在土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂研究

摘要

本文以高强度 X90管线钢为研究对象，通过电化学实验、慢应变速率拉伸试验（SSRT）和腐蚀疲劳试验（CF）等测试手段，对其在近中性 pH值 NS4土壤模拟溶液中进行了应力腐蚀开裂研究。对其在近中性环境中的电化学行为、应力腐蚀（SCC）开裂敏感性、硬化行为以及裂纹开裂行为等进行了分析，讨论了在该试验条件下的应力腐蚀开裂机理，并对应力腐蚀裂纹开裂速率进行了定量分析。主要结论如下：
　　电化学实验结果表明：静态下，X90管线钢表现出明显的阳极活性溶解特征，开路电位Eop=-714mV，腐蚀电位 Ecorr=-743.6mV；动态下，Eop随着波动载荷次数 N值增大而先增大后持续减小；N值的增大加速了金属的阳极溶解过程但抑制了阴极反应的过程，在0≤N＜500次时，总反应由阴极还原反应主导，当N≥500次时，则转变为由阳极溶解反应所主导，总反应表现为以离子传递电荷为主导的多步反应过程。
　　SSRT试验结果表明：在试验条件下SSRT曲线为典型的Round-house型曲线；材料在不同的应变区间存在不同的应变硬化指数n值，总体上母材的n值高于焊缝的，近中性pH值NS4溶液会导致材料的n值下降。管线钢母材和焊缝对近中性NS4溶液具有明显的SCC敏感性，且焊缝的敏感性高于母材，主要表现为塑性损失和二次裂纹；试样表面的点蚀坑具有诱发和促进微裂纹的产生和扩展作用；在空气中的断裂机制为韧窝微孔型韧性断裂，而在近中性NS4溶液中则表现为韧-脆混合型断裂机制。
　　腐蚀疲劳试验结果表明：母材在空气和近中性溶液环境中的断口均呈现脆性断裂特征，断面均分布有许多二次裂纹，表现为穿晶和沿晶混合开裂形式，主要以穿晶开裂为主，裂纹开裂属于阳极溶解和氢脆的混合机制；管线钢SCC裂纹扩展对近中性溶液环境具有较高的开裂敏感性，阳极溶解所导致的裂纹扩展速率在整个裂纹扩展过程中贡献较小；同时，管线钢在近中性溶液环境中 SCC裂纹扩展速率在近门槛区可用da/dN=4.14×10-9(?K-6.48)1.43来近似描述，而在裂纹稳定扩展区则可用da/dN=6.80×10-10(?K-8.63)2来表示。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3应力腐蚀开裂的研究手段与方法

1.4本文的研究内容和技术路线

第二章X90管线钢的电化学行为

2.1 前言

2.2 试验材料及方法

2.3 试验结果与分析讨论

2.4 本章小结

第三章X90管线钢在近中性pH溶液中的SCC行为

3.1 前言

3.2 试验材料及方法

3.3 试验结果与分析讨论

3.4 本章小结

第四章 波动载荷下X90管线钢SCC裂纹扩展行为

4.1前言

4.2 试验材料及方法

4.3 试验结果与分析讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果