摘要：管線鋼的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）及腐蝕疲勞（CF）一直是威脅管線鋼安全服役的危險(xiǎn)失效形式。管線鋼在開裂過程中，裂尖區(qū)域的力學(xué)化學(xué)特征與外部區(qū)域有明顯的不同。首先，由于閉塞效應(yīng)，裂尖陽極溶解產(chǎn)生的Fe2+不易向外擴(kuò)散。Fe2+的水解會(huì)產(chǎn)生大量H+從而使裂尖介質(zhì)的pH值降低。Ateya等發(fā)現(xiàn)，低合金鋼由于裂尖酸化pH值可達(dá)到3.5~3.8。另外，裂尖區(qū)域會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，與此同時(shí)，裂尖區(qū)域會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形進(jìn)而形成一個(gè)高應(yīng)變區(qū)。在管線鋼開裂過程中，局部高應(yīng)變區(qū)會(huì)產(chǎn)生較高的裂尖應(yīng)變速率，從而加速裂尖鈍化膜的破壞、裂尖新鮮金屬表面的陽極溶解及裂尖氫原子的吸附過程。因此研究高應(yīng)變速率裂尖金屬的陽極溶解對(duì)理解管線鋼應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞行為具有重要的意義。

　　本文采用研究電偶腐蝕的方法，將小面積的拉伸試樣（模擬裂尖，陽極）與大面積的空載試樣（模擬裂紋壁，陰極）進(jìn)行耦接，在拉伸過程中測試二者之間的電偶電流。試驗(yàn)裝置如圖1所示。試驗(yàn)使用pH值調(diào)節(jié)為4.0的NS4溶液（醋酸調(diào)節(jié)pH值，持續(xù)通入N2）模擬裂尖酸性環(huán)境，應(yīng)變速率選擇1?10-5~1?10-3s-1之間的六個(gè)應(yīng)變速率模擬管線鋼發(fā)生SCC及CF時(shí)的裂尖應(yīng)變速率。通過測試快速加載試樣和空載試樣之間的電偶電流，研究裂尖金屬由于快速變形導(dǎo)致的陽極溶解。圖2為應(yīng)變速率為1?10-3s-1時(shí)的電偶電流示意圖。研究結(jié)果表明，電偶電流的變化分為三個(gè)階段。在彈性區(qū)，電偶電流幾乎不發(fā)生變化。當(dāng)管線鋼發(fā)生塑性變形時(shí)，電偶電流隨著時(shí)間的延長呈線性增加。而當(dāng)材料發(fā)生頸縮后，由于暴露面積的變化，電偶電流變化不再考慮通過對(duì)電偶電流變化過程進(jìn)行分析表明，在特定應(yīng)變速率下，電偶電流與材料的塑性應(yīng)變量呈線性關(guān)系。而拉伸過程中塑性變形導(dǎo)致的電流增量與應(yīng)變速率的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。

　　近中性pH環(huán)境中，管線鋼的SCC及CF一般認(rèn)為由陽極溶解和氫致開裂共同控制。本研究表明，裂尖高應(yīng)變及應(yīng)變速率會(huì)加速裂尖的陽極溶解過程，從而促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。但是，陽極溶解在其中的作用還需要進(jìn)一步的量化。接下來工作將會(huì)關(guān)注陽極溶解與裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系，以期進(jìn)一步認(rèn)識(shí)管線鋼近中性pH環(huán)境中SCC及CF的機(jī)理。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖                                  圖2 電偶電流示意圖

　　關(guān)鍵詞：管線鋼，裂尖，陽極溶解，電偶腐蝕

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