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海水环境中不锈钢腐蚀疲劳断裂的机制研究

在全球范围内,大陆内部的石油和天然气储量日益减少,化石能源和天然气资源的开采正逐步转向深井和深海。海洋占地球表面积的70%以上,富含石油,天然气以及各种矿物质和深海生物资源。

海水中富含Cl-,这会使金属材料易于在海水中局部腐蚀。此外,海洋油气井还可能包含腐蚀性介质(例如CO2和H2S),以及潮汐,阳光,溶解氧,微生物以及环境条件(例如由热液引起的高海压和高温),这些物质通常会加速材料中的海水。腐蚀过程。

与大气中的“纯”疲劳行为不同,腐蚀疲劳通常没有明显的疲劳极限。与应力腐蚀一样,材料和环境也具有一定的选择性。在任何腐蚀性环境中,几乎所有金属材料都可能引起腐蚀疲劳。因此,腐蚀疲劳的潜在危害更大,在海洋,核电,火电,水电和航空航天等重要领域受到了广泛的关注。

在海洋开发项目中,对材料的性能要求在很多场合都要求很高。碳钢,合金钢和普通不锈钢不能满足其使用要求。在特殊情况下,必须结合使用缓蚀剂,阳极/阴极保护层和防腐蚀涂层。该保护装置可以满足实际需要,大大增加了使用成本,维护也相当麻烦,地下应用极为有限,甚至无法使用。

目前,大多数对环境敏感裂纹的研究都集中在应力腐蚀裂纹上,而对腐蚀疲劳行为的研究却很少。此外,对腐蚀疲劳的研究集中于诸如304、316、321、347和双相不锈钢等品牌,而其他品牌则针对核电站和人体植入物。目前,在高合金不锈钢工程的应用中,对腐蚀疲劳的要求越来越高,但是在模拟海洋环境下对高合金不锈钢的腐蚀疲劳的研究相对较少。

重庆材料研究所的研究人员从腐蚀介质,载荷应力和温度等外部因素以及材料成分,微观结构和加工状态等内部因素分析了海水环境下不锈钢的腐蚀疲劳断裂。机制。尽管影响材料腐蚀的因素众多且复杂,但仍然可以找到一些规律:

(1)尽管腐蚀介质种类很多,但主要的影响因素是电解液和溶液的pH值。最容易疲劳的根本原因是溶液中的H +和Cl-;

(2)载荷应力是影响疲劳腐蚀裂纹的产生和发展的直接因素,尤其是载荷的集中和尖端应力的集中,这对材料的疲劳腐蚀有很大影响;/p>

(3)在大多数情况下,高温环境下的疲劳寿命短于低温环境,但温度并不是影响疲劳性能的必然因素;

(4)合金成分的控制会影响材料的疲劳性能。合金中的Mo,N等元素可增强其疲劳性能;

(5)不同的加工方法对材料的疲劳性能有一定影响。因此,寻找合适的加工方法也将有助于改善材料的疲劳性能。

tags:不锈钢腐蚀

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