崔中雨 北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心

 

    研究背景

 

    應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是埋地管線鋼的最危險(xiǎn)的失效形式，并一直威脅著管線鋼的安全服役過程。應(yīng)力腐蝕的萌生和擴(kuò)展過程是材料、應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)三者協(xié)同作用的結(jié)果。對管線鋼而言，研究應(yīng)力腐蝕過程中電化學(xué)信息與應(yīng)力腐蝕敏感性及裂紋擴(kuò)展速度的對應(yīng)關(guān)系以及應(yīng)力與電化學(xué)的交互作用是認(rèn)識其機(jī)理的關(guān)鍵。但是目前為止，尚無有效的電化學(xué)方法幫助理解SCC過程。因此，符合應(yīng)力腐蝕過程中電化學(xué)特點(diǎn)的研究方法是突破管線鋼在土壤介質(zhì)中應(yīng)力腐蝕機(jī)理的認(rèn)識瓶頸并發(fā)展裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測模型及快速評價(jià)方法的關(guān)鍵所在。

 

    課題組的前期研究結(jié)果表明，管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂過程是穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程的復(fù)合過程，裂紋尖端的非穩(wěn)態(tài)電化學(xué)過程是決定應(yīng)力腐蝕的關(guān)鍵。裂紋尖端的新鮮金屬表面和裂尖金屬變形導(dǎo)致的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所引起的非穩(wěn)態(tài)電化學(xué)過程是SCC過程中的兩種主要非穩(wěn)態(tài)電化學(xué)過程。裂尖新鮮金屬表面使裂紋尖端的陽極溶解速度大大高于穩(wěn)態(tài)電化學(xué)極化狀態(tài)下的腐蝕速率，這將促進(jìn)裂紋尖端的快速擴(kuò)展；同時(shí)，裂紋尖端的高應(yīng)變區(qū)存在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，這些因素導(dǎo)致的非穩(wěn)態(tài)電化學(xué)過程不僅直接加速裂尖區(qū)的陽極溶解作用，而且能促進(jìn)非裂尖區(qū)的表面陰極過程生成的氫滲透并擴(kuò)散至裂紋尖端進(jìn)一步促進(jìn)電化學(xué)溶解和裂紋擴(kuò)展。這些過程將更加接近SCC發(fā)生的真實(shí)過程，是進(jìn)一步分析SCC機(jī)理和進(jìn)行裂紋擴(kuò)展快速預(yù)測的關(guān)鍵。

 

    SCC過程中的裂尖非穩(wěn)態(tài)電化學(xué)過程的認(rèn)知使我們意識到應(yīng)力腐蝕裂紋尖端研究的重要性，以裂尖區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和電化學(xué)行為為主，分析和理解裂尖區(qū)域內(nèi)材料組織結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)形態(tài)、電化學(xué)活性及氫行為的變化，進(jìn)而深入研究應(yīng)力腐蝕開裂過程中裂紋尖端的行為規(guī)律，是進(jìn)一步研究應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理和裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測的有效途徑。