鋁涂層對(duì)X80鋼腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的影響研究.pdf

1、隨著高強(qiáng)鋼在深海環(huán)境下的使用越來越廣泛,苛刻的海洋環(huán)境和復(fù)雜的力學(xué)條件導(dǎo)致高強(qiáng)鋼發(fā)生腐蝕疲勞的隱患越來越大。電弧噴涂鋁涂層技術(shù)被認(rèn)為是一種能大幅提高鋼結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞壽命的方法,已經(jīng)有一定的試驗(yàn)支持和工程實(shí)例驗(yàn)證。但鋁涂層對(duì)腐蝕疲勞各個(gè)階段的影響還并不是非常清楚,相關(guān)文獻(xiàn)也比較少。由于腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展過程占據(jù)整個(gè)腐蝕疲勞失效過程中的絕大部分,因此研究鋁噴涂層對(duì)X80鋼腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的影響具有非常重要的意義。
　　 本文采用緊湊拉伸

2、試樣研究了X80鋼在3.5％NaCl溶液中的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展問題,同時(shí)研究了噴鋁涂層對(duì)X80鋼裂紋擴(kuò)展速率的影響,試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)斷口進(jìn)行了掃描電鏡觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子下,X80鋼在介質(zhì)中的裂紋擴(kuò)展速率大于在空氣中。在介質(zhì)環(huán)境里,噴鋁涂層試樣的裂紋擴(kuò)展速率要高于X80鋼。
　　 為了揭示噴鋁涂層對(duì)X80鋼裂紋擴(kuò)展速率影響的原因,作者首先研究了X80鋼的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理。采用模擬實(shí)驗(yàn)先獲得了不同拉伸速率下X8

3、0鋼裂紋尖端腐蝕電流密度增量與應(yīng)變量之間的關(guān)系曲線,在此基礎(chǔ)上得到陽極溶解造成的裂紋擴(kuò)展量,結(jié)合理論推導(dǎo)出的腐蝕疲勞裂紋尖端塑性變形區(qū)的應(yīng)變速率計(jì)算公式,最終計(jì)算結(jié)果表明,X80鋼在3.5％NaCl溶液體系中的裂紋擴(kuò)展機(jī)理并非陽極溶解機(jī)理,這意味著氫脆機(jī)制極有可能是裂紋擴(kuò)展的主導(dǎo)機(jī)制。
　　 鋁涂層影響鋼基體腐蝕疲勞行為的一個(gè)重要原因是其犧牲陽極的陰極保護(hù)作用。為了解析陰極保護(hù)對(duì)材料氫致脆化的影響,進(jìn)行了X80鋼在不同陰極極化程

4、度下的慢速率拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在3.5％NaCl溶液和海水溶液中,隨著陰極極化電位的降低,X80鋼的脆性逐漸增大。相同條件下,X80鋼在3.5％NaCl溶液中的脆性要大于海水溶液中。慢速拉伸條件下,在3.5％NaCl溶液和海水溶液中,噴鋁涂層均會(huì)導(dǎo)致鋼基體的脆性增加。分析認(rèn)為,鋁涂層難免存在缺陷、破損或因局部腐蝕導(dǎo)致基體暴露,涂層提供的陰極保護(hù)作用可造成氫進(jìn)入鋼材基體,導(dǎo)致裂紋尖端脆化。陰極保護(hù)導(dǎo)致的裂尖氫脆機(jī)制是造成表面噴鋁X8