隨著海洋石油及天然氣開發(fā)、利用的快速發(fā)展,海上構(gòu)筑物和深海設施的陰極保護技術(shù)已成為金屬腐蝕與防護領域研究的一個熱點問題。合適有效的陰極保護電位不但能抑制鋼材的普遍腐蝕,還能減小鋼材的疲勞值,提高鋼結(jié)構(gòu)的安全使用系數(shù)。此外,陰極保護所產(chǎn)生的石灰質(zhì)層還可以提高鋼材抗腐蝕疲勞性能,阻止疲勞裂紋擴展,增強陰極保護效果等。但如果陰極保護電位過負,引起陰極析氫,有導致高強鋼氫脆斷裂的危險。因此,在陰極保護設計中,如何選擇合適有效的陰極控制電位至關重要。 依據(jù)石灰質(zhì)層的形成特點、氫脆的影響因素及實海環(huán)境條件,本文通過改變溫度、溶解氧來模擬典型的海洋環(huán)境,采用動電位極化方法、恒電位極化方法、慢應變速率拉伸法和Devanathan-Stachurski雙面電解池測試技術(shù),對不同模擬環(huán)境中X70鋼的陰極保護行為及其氫脆敏感性進行了對比研究。 通過動電位極化和恒電位極化實驗分析研究了X70鋼在不同模擬環(huán)境中的陰極極化規(guī)律。動電位極化實驗結(jié)果顯示,相對于淺海環(huán)境,X70鋼在模擬深海環(huán)境(4℃、3.0mg/L)和模擬躍層環(huán)境(8℃、1.5mg/L)中的析氫電位正移,且在模擬躍層環(huán)境X70鋼的析氫電位最正。在淺海環(huán)境和深海環(huán)境中,電位負于-1000mV(SCE,下同)時,析氫反應開始顯著。在躍層環(huán)境中,電位為-950mV時,析氫反應明顯。 恒電位極化實驗結(jié)果顯示,在模擬深海和模擬躍層環(huán)境中,X70鋼的陰極極化電流密度很小,極化電流密度的下降速率很慢。線性極化表明,在不同的實驗環(huán)境中,隨著電位的負移,極化電阻都出現(xiàn)極大值。淺海環(huán)境中,電位為-900mV時極化電阻數(shù)值最大,而在模擬深海和模擬躍層環(huán)境中極化電阻均在-1000mV下最大。表面成分分析表明,石灰質(zhì)垢層的主要成分都是CaCO_3和Mg(OH)_2。當極化電位較小時沉積層的主要成分是CaCO_3,隨著極化電位的加大,Mg(OH)_2的含量增加。淺海環(huán)境中,石灰質(zhì)垢層容易形成,-900mV和-950mV是形成良好石灰質(zhì)垢層合適的極化電位。模擬深海和模擬躍層環(huán)境中,石灰質(zhì)垢層不易形成,電位要達到-1000mV時才能形成較好的沉積層,較之淺海環(huán)境,致密性差,且比較薄。 通過Devanathan-Stachurski雙面電解池測試技術(shù)和慢應變速率拉伸法分別研究了不同模擬環(huán)境中陰極極化電位對X70鋼的氫脆敏感性影響規(guī)律。氫滲透實驗結(jié)果顯示,隨著陰極極化電位的負移,氫在鋼材中的擴散系數(shù)減小,在材料表面聚集的氫原子濃度增大,陰極極化下氫在材料中擴散系數(shù)的大小順序為淺海條件模擬躍層條件模擬深海條件。 慢應變速率拉伸實驗結(jié)果顯示,最大抗拉強度、屈服強度等強度指標與氫脆敏感性無關,斷裂時間、延伸率、斷裂能等塑性指標隨極化電位負移逐漸減小,氫脆系數(shù)逐漸增加,氫脆敏感性增強。淺海環(huán)境中,極化電位為-950mV時,氫脆系數(shù)接近危險區(qū),呈現(xiàn)準解離斷裂特征形貌。極化電位為-1050mV時,氫脆系數(shù)進入脆斷區(qū),斷裂能低于80%,屬于脆性斷裂。模擬深海環(huán)境中,極化電位為-950mV時,氫脆系數(shù)處于安全區(qū),斷口仍以微孔聚集性的韌性斷裂為主。極化電位為-1050mV時,氫脆系數(shù)進入危險區(qū),呈現(xiàn)明顯的準解離斷裂特征形貌。模擬躍層條件下,X70鋼的氫脆敏感性介于淺海環(huán)境和模擬深海環(huán)境之間。 最后結(jié)合各實驗結(jié)果對X70鋼在海水中陰極保護控制電位得出結(jié)論,認為淺海環(huán)境和模擬躍層環(huán)境中電位應分別控制在-900mV～-950mV,-950mV～-1000mV。模擬深海環(huán)境中保護電位應控制在-1000mV,保護效果較好。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：P75

【參考文獻】

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1 李明;李曉剛;陳鋼;劉智勇;;硫化氫環(huán)境下氫擴散的影響因素[J];北京科技大學學報;2007年01期

2 譚文志,杜元龍,傅超,陸征;陰極保護導致ZC—120鋼在海水中環(huán)境氫脆[J];材料保護;1988年03期

3 包俊成,黃玉華,丁原拯;鋼氫脆檢測技術(shù)的研究進展[J];材料工程;1997年06期

4 譚云,豐杰,周德惠,潘曉霞,宋仁國;熱噴涂純鋁激光重熔涂層的阻氫性能與組織[J];材料科學與工程;2000年01期

5 劉白;氫對位錯運動的影響[J];材料科學與工程;2001年01期

6 劉白,郭克希;30CrMnSiA 高強度鋼氫脆的實驗研究[J];長沙電力學院學報(自然科學版);1998年03期

7 溫國謀,鄭輔養(yǎng);海水中陰極保護時鈣質(zhì)沉積層的形成及其應用[J];腐蝕與防護;1995年01期

8 鄭輔養(yǎng),溫國謀,方炳福,馬廷椿;陰極極化模式對鈣質(zhì)沉積層形成的影響[J];腐蝕與防護;1995年06期

9 李會錄;余竹煥;李穎;褚武揚;喬利杰;;高強鋼氫脆敏感性和氫致附加應力的相關性[J];腐蝕與防護;2009年10期

10 張濤,孫新嶺,陳居術(shù),龍軍,林梅;氫在高強度管道鋼應力腐蝕中的作用[J];管道技術(shù)與設備;2004年02期

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2 苗燕;深海用全固態(tài)參比電極的研究[D];重慶大學;2003年

3 劉猛;熱浸鍍鋼材在海水中的氫滲透行為和脆性研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2008年

4 紀俊剛;在海底管道的陰極保護中數(shù)學模型的建立與應用研究[D];中國海洋大學;2008年

本文編號：2809149