大气应力腐蚀试验方法及其相关性研究——“典型高强度结构材料户外大气应力腐蚀试验方法及其与户内加速试验相关性的研究”情况介绍

本课题是“十五”技术基础“环境试验与观测”的项目。目的是通过对典型高强度结构材料在自然环境下的应力腐蚀试验研究，获得典型高强度结构材料的抗应力腐蚀开裂的试验数据，并与户内加速应力腐蚀试验比较获得两者的相关性，对典型高强度结构材料进行应力腐蚀性能综合评价，为避免和减少高强度结构材料的这种灾难性的破损断裂提供理论和试验基础，为改进设计和评估寿命提供依据。     

铍青铜弹簧片应力腐蚀断裂研究

目的研究传感器微动开关弹簧片应力腐蚀的机理,找到断裂原因。方法对弹簧片进行断口形貌观察、能谱成分分析,并进行产品模拟腐蚀实验。结果传感器内部意外进入雨水,在工作温度下形成湿热环境,开关盒中的游离氨在此环境下释放出来,在开关盒内部形成潮湿氨气氛,铍青铜弹簧片工作时凹面一侧承受静拉应力作用,从而在潮湿氨和拉应力共同作用下发生应力腐蚀开裂。结论通过采用无氨酚醛塑料制备开关盒,弹簧片的应力腐蚀得到了有效预防。     

Al-Cu-Mg系铝合金耐环境腐蚀性能研究

目的研究2D12铝合金耐环境腐蚀性能。方法对不同规格的Al-Cu-Mg系2D12铝合金的耐环境腐蚀性能包括晶间腐蚀、剥蚀性能以及抗应力腐蚀性能,按照标准试验方法进行测试、分析、评定试验数据。结果得到了不同规格2D12铝合金晶间腐蚀深度、剥蚀等级、应力腐蚀断裂时间及KISCC等。自然时效状态2D12铝合金具有晶间腐蚀倾向,最大晶间腐蚀深度为0.18 mm。不同规格2D12铝合金抗剥落腐蚀性倾向不同,从P级到EC级。2D12铝合金材料的拉伸应力腐蚀断裂寿命随试验应力的增加而降低,两种薄板(δ=1.5 mm和δ=2.0 mm)和型材(EL2805)临界应力腐蚀门槛值分别为160,140,230 MPa。2D12铝合金在S-L和S-T方向的应力腐蚀开裂门槛应力强度因子分别为22.6 MPa·m1/2和27.1 MPa·m1/2。结论 2D12铝合金抗应力腐蚀测试结果表明,S-L方向比S-T方向的抗应力腐蚀的性能低,其应力腐蚀开裂门槛应力强度因子与C环应力腐蚀结果一致,断口呈现典型的沿晶断裂应力腐蚀脆性断裂特征。     

螺纹接头处拉应力作用下的缝隙腐蚀行为

目的 研究N80钢在高温高压中缝隙和应力耦合作用下的腐蚀行为,为油井管的选材和螺纹选型提供参考。方法 以油管螺纹接头为研究对象,在高温高压釜模拟地层环境,采用电化学方法和表面分析技术,研究N80钢在缝隙单因素作用下和缝隙-应力耦合作用下的腐蚀行为。结果 仅有缝隙作用24 h后,缝内存在大量腐蚀产物堆积,缝外几乎没有腐蚀产物。40 ℃时的凹槽深度为17.2 μm,而70 ℃时的凹槽深度则达到82.7 μm。在缝隙和应力耦合作用24 h后,在缝隙口处发现有腐蚀产物堆积,缝隙内腐蚀程度比缝隙外腐蚀程度更为严重。40 ℃时,弹性形变试样的缝隙口处凹槽深度约为35.3 μm,塑性形变的试样缝隙口处凹槽深度约为41.3 μm;而70 ℃时,发生弹性变形和塑性变形的试样缝隙口处凹槽深度则分别为143.7 μm和243.9 μm。结论 缝隙和应力耦合作用使缝隙口处凹槽的深度加深,且深度随着腐蚀时间和温度的增加而增大,塑性形变时凹槽深度最大。这表明应力的施加会加剧N80钢的缝隙腐蚀,导致形成更深的腐蚀凹槽,这反过来又会导致应力的进一步集中,应力腐蚀风险增加。因此,缝隙和应力对N80钢在高温高压地层水环境中的腐蚀具有协同作用。     

滨海发射场低温管路法兰连接螺栓环境腐蚀断裂失效机理

针对滨海发射场用于低温管路法兰连接的高强度螺栓的环境腐蚀断裂问题进行失效机理分析.结合螺栓所处"高温、高湿、高盐雾"环境及低温高压工况,讨论分析了盐雾腐蚀、应力作用、微观形貌、化学成分及硬度等影响因素.结果表明,螺栓显微硬度均值(108HRB)超标,材质中C、S、Cr含量异常,螺栓实际受力达到许用应力的60％以上,微观组织裂纹均为典型的应力腐蚀裂纹.在海南"三高"海洋腐蚀环境影响下,耐腐蚀性能较差的螺栓在热应力作用下萌生裂纹,产生应力腐蚀,在热应力和拉应力的作用下进行扩展,发生应力腐蚀开裂,螺栓延迟脆性断裂导致失效.最后,针对螺栓应力腐蚀机理,提出了相应的改进措施.     

在污染大气环境中NaCl对镁合金的协同作用

研究了沉积NaC l的AZ91D镁合金在含有SO2和CO2的模拟污染大气环境中初期腐蚀行为。研究了在SO2和CO2协同作用下,表面沉积NaC l的AZ91D镁合金大气初期腐蚀规律。采用扫描电子显微镜(SEM)观察表面腐蚀形貌,XRD进行腐蚀产物分析。结果表明,由于NaC l的沉积加速了AZ91D镁合金的初期大气腐蚀,SO2、CO2和NaC l多种因素协同作用对AZ91D镁合金的初期大气腐蚀的影响远大于单一SO2、CO2和NaC l因素。     

服役环境下镁合金材料腐蚀的研究

通过对服役环境中镁合金材料出现的腐蚀问题的分析,认为点蚀、电偶腐蚀及腐蚀疲劳是镁合金材料腐蚀的主要形式,并对其研究情况进行了总结。同时,对大量的国内外有关资料进行研究,认为电偶腐蚀和腐蚀疲劳的特点及机理的研究将成为进一步研究镁合金腐蚀的重点。     

不锈钢螺栓法兰连接失效分析及预防措施

目的研究低温环境下不锈钢法兰螺栓连接失效机理。方法采用宏观检测、微观检测和化学成分分析、能谱分析等方法,对不锈钢螺栓材质的化学成分及断口处腐蚀产物的成分进行分析。结果引起螺栓断裂的主要原因为低温环境下引起的应力腐蚀开裂。结论根据不锈钢螺栓应力腐蚀的主要影响因素提出了低温加注系统中螺栓应力腐蚀的预防措施。     

镁合金在模拟污染气体环境中的初期腐蚀规律

研究了在含有SO2和CO2的模拟污染大气环境中AZ91D镁合金大气腐蚀初期行为，讨论了在SO2和CO2协同作用下AZ91D镁合金大气初期腐蚀规律。采用扫描电子显微镜（SEM）观察表面腐蚀形貌，XRD进行腐蚀产物分析。结果表明由于SO2和CO2的溶解导致电解液膜酸性增加，进一步加大了表面的反应活性．加速了大气初期腐蚀。     

机翼后梁接头裂纹故障分析

目的分析某型飞机机翼后梁接头裂纹形成的原因,避免类似问题的重复发生。方法通过对机翼后梁接头进行受力分析,在对机翼后梁接头结构装配关系进行分析的基础上,采用有限元方法对接头进行应力计算,并对裂纹断口进行宏观和微观分析,确定产生裂纹的原因。结果机翼后梁接头裂纹为应力腐蚀裂纹。结论机翼后梁接头材料为LD5,对应力腐蚀敏感,接头在装配过程中存在较大的装配拉应力,而接头表面的腐蚀防护又存在缺陷,在较严酷的服役环境作用下发生了应力腐蚀开裂。     

高强铝合金应力腐蚀开裂研究进展

综述了应力腐蚀理论的研究现状,其中氢致开裂理论和阳极溶解理论可较好解释高强铝合金的应力腐蚀开裂行为。结合应力腐蚀发生的三个必要条件,讨论了冶金因素、环境因素、应力因素对高强铝合金应力腐蚀敏感性的影响机制与作用结果。同时,介绍了国内外高强铝合金实验室模拟加速与自然环境应力腐蚀试验方法的研究进展、存在的不足及未来研究重点。     

海工高强钢在海水中应力腐蚀研究进展

从高强钢材料的合金成分、金相组织、加工工艺、残余应力以及海水温度、Cl^－浓度、pH值等环境条件和腐蚀程度等方面总结了高强钢应力腐蚀的影响因素。结合高强钢的使用环境和力学特点,简述了高强钢的应力腐蚀开裂机理,包括氢致开裂理论、阳极溶解理论、腐蚀产物楔入理论、应力吸附破裂理论等。针对高强钢在海洋环境中的应力腐蚀问题,分别从组织成分优化、表面处理和阴极保护等方面论述了应力腐蚀防护方法。最后,展望了应力腐蚀机理与防护的发展方向。     

渤海油田中深层低含H2S气井油套管选材研究

目的解决渤海油田中深层低含H2S井下环境的油套管安全选材问题。方法利用高压釜模拟气井的腐蚀环境,对不同材质的备选油套管钢在不同井深模拟工况条件下的腐蚀速率和应力腐蚀开裂行为进行研究,采用电子扫描显微镜(SEM)及其能谱仪(EDS)和X射线衍射分析仪(XRD),分析或检测腐蚀形貌、腐蚀产物的组成,综合考虑均匀腐蚀和开裂,提出该气田的油套管选材方案。结果碳钢在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,但腐蚀速率高,为0.242~0.6003 mm/a。S13Cr在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,中层开发井工况下的最大腐蚀速率为0.0399 mm/a,深层开发井工况为0.1633 mm/a。超级双相不锈钢2507、镍基合金2535在该气田工况下应力腐蚀开裂敏感性低,腐蚀速率分别为0.0122 mm/a及0.0083 mm/a。结论超级13Cr马氏体不锈钢(S13Cr)材质适用于地层温度低于180℃的中层开发井全井段使用,2507超级双相不锈钢及2535镍基合金材质适于温度高于180℃的深层开发井,为节约深层开发井的投资,可以考虑采取组合管柱防腐方案。     

阴极极化对高强钢焊接件应力腐蚀敏感性的影响

目的研究不同极化电位下高强钢焊接件在海水中的应力腐蚀敏感性。方法采用慢应变速率试验(SSRT)和电化学阻抗技术来判定不同极化电位条件下高强钢焊接件在海洋环境中应力腐蚀敏感性的大小,利用扫描电镜和三维视频测试技术观察试样断裂处的颈缩情况和断裂方式。结果在E corr~-0.9 V电位区间内,高强钢焊接件在海水中没有明显的应力腐蚀敏感性;在-1.1~-1.2 V电位区间内,焊接件断口出现脆性断裂特征,力学性能下降明显,具有很强的应力腐蚀敏感性。结论阴极极化对高强钢焊接件在海水中的应力腐蚀敏感性影响显著。     

铝合金表面阳极化层环境损伤失效行为研究

目的研究7B04铝合金硫酸阳极化层环境作用下的失效行为,分析单独盐雾试验和环境谱作用下阳极化层的损伤行为和影响因素。方法通过中性盐雾试验和环境谱周期性试验(盐雾试验+温度试验)研究了硫酸阳极化层在不同腐蚀时间或不同腐蚀周期下的腐蚀损伤变化过程,并采用体视显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察了不同腐蚀时间下或不同腐蚀周期下的表面形貌,结合有限元方法研究了阳极化层与铝合金基体热膨胀系数不匹配引起的热应力,定量分析了热应力对阳极化层失效行为的影响。结果经历中性盐雾试验和环境谱试验的硫酸阳极化层损伤失效现象是不一样的,中性盐雾试验中硫酸阳极化层主要呈鼓起开裂失效,而环境谱试验中硫酸阳极化层以开裂剥落失效为主。结论中性盐雾试验中硫酸阳极化层主要是腐蚀介质通过表面微孔进入基体,导致基体腐蚀阳极化层鼓起,而环境谱试验因温度作用产生的热应力引起了硫酸阳极化层的开裂,形成了腐蚀介质进入基体的通道,引起阳极化层的剥落。     

典型舰船用金属材料腐蚀与防护研究进展

针对舰船用金属材料在复杂海洋环境下存在的腐蚀问题,概述了舰船用金属材料腐蚀与防护的相关研究进展。介绍了合金钢、铜合金、钛合金和铝合金这些典型舰船用金属材料的常用类型和使用场所,阐述了舰船用金属材料所处不同海洋区带内的腐蚀环境特征,以及点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀开裂等舰船用金属材料常发生的腐蚀类型。综述了目前对舰船用金属材料腐蚀防护采取的措施,重点关注了表面涂镀层和改性技术的研究进展。最后,提出了舰船用金属材料腐蚀防护未来的研究方向,需从加强腐蚀机理研究、建立腐蚀数据库和发展新型表面腐蚀防护技术3方面入手。     

环氧富锌涂层对AZ91D镁合金的腐蚀防护能力研究

目的研究环氧富锌涂层对AZ91D镁合金的腐蚀防护能力。方法采用机械喷涂法在AZ91D镁合金表面制备一种保护性的环氧富锌涂层。采用电化学阻抗谱(EIS)研究环氧富锌涂层在0.5 mol/L的Na2SO4腐蚀溶液中的电化学腐蚀行为及其对镁合金的腐蚀防护能力。结果浸泡初期,环氧富锌涂层的阻抗谱中只出现一个时间常数,暗示着环氧富锌涂层优异的阻挡层作用;浸泡48 h后,环氧富锌涂层阻抗谱中出现两个时间常数,高频和低频时间常数分别对应环氧富锌涂层中高聚合的介电性质和锌粉的活性溶解;浸泡336 h后,环氧富锌涂层仍具有很高的阻抗模值,表明此时环氧富锌涂层对镁合金仍能提供良好的腐蚀防护。结论环氧富锌涂层在0.5 mol/L Na2SO4腐蚀溶液中能对AZ91D镁合金提供很好的腐蚀防护。     

铝锂合金焊缝大气腐蚀行为研究

目的研究铝锂合金搅拌摩擦焊焊缝在大气环境中的腐蚀行为。方法采用电化学极化法、质量增加法、扫描电子显微镜、三维体式显微镜几种不同的表征手段对铝锂合金搅拌摩擦焊焊缝在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为进行研究。结果焊缝部位存在较为严重的应力腐蚀开裂现象,腐蚀电位比基体部位负移约0.05 V,腐蚀速率比一般基体部位明显增大。结论搅拌摩擦焊虽具有较多优点,在其他领域得到一定应用,但针对铝锂合金在海军飞机方向的应用存在缺陷,不能直接裸露使用。