文章摘要:EH36钢具有良好的冲击韧性、抗拉强度、可焊接性和疲劳强度,广泛用于制造极地破冰船、油轮以及搭建极地海洋平台。在富含Cl-,SO₄^2-等侵蚀性离子的海洋环境中,钢材极易发生局部腐蚀,而钢中夹杂物在局部腐蚀萌生过程中起重要作用。本文选用的试验材料为铝脱氧EH36钢,首先利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）,并结合浸泡试验对钢中夹杂物诱发局部腐蚀的过程进行了研究,按夹杂物诱发局部腐蚀的能力对夹杂物进行分类;然后利用残余应力计算模型对活性/非活性夹杂物与钢基体界面处的残余应力分布进行模拟,结合电子背散射衍射（EBSD）研究了活性/非活性夹杂物对周围的钢基体产生的影响;随后利用微区电化学系统对夹杂物诱发局部腐蚀过程中腐蚀电流密度的变化进行监测,使用拉曼光谱仪对局部腐蚀区域中阳极产物和阴极产物进行分析;最终推导出活性夹杂物诱发局部腐蚀的机理模型。主要研究结果表明:钢中复合夹杂物由CaS,MgO·Al₂O₃尖晶石和铝酸钙三种成分组成,按其诱发局部腐蚀的能力可分为活性夹杂物和非活性夹杂物;对浸泡试验中活性/非活性夹杂物的成分进行统计分析,发现活性夹杂物中铝酸钙组分的CaO/Al2O₃比值主要集中于0.5-1.2,主要为CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃,而非活性夹杂物中铝酸钙组分的CaO/Al₂O₃比值大于1.3,主要为3CaO·Al₂O₃;利用EBSD对夹杂物周围基体进行表征,发现活性夹杂物塑性变形区域面积显著大于非活性夹杂物周围的变形区面积;对比三种成分的铝酸钙和基体界面处的残余应力值发现,CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃诱发的残余应力值大于钢板的压缩屈服强度,而3CaO·Al₂O₃诱发的残余应力值则小于钢板的压缩屈服强度,这表明活性夹杂物中的铝酸钙组分易引发界面处基体中的塑性变形;4h腐蚀后阳极区域腐蚀产物中发现Cu S元素的富集,阴极区域则为Fe、O元素,经拉曼光谱分析发现阳极腐蚀产物主要为Cu₂S,阴极腐蚀产物主要为Fe₂O₃,Fe3O₄。在含氯离子溶液环境中,氯离子优先吸附于活性夹杂物周围的钢基体塑性变形区域,并促进电化学活性较高的塑性变形基体发生溶解,在夹杂物和基体之间形成微裂隙。由于溶液中氧气难以向微裂隙内部扩散,裂隙内阴极反应受到抑制,引发阳离子的富集及水解,形成酸性溶液环境,诱发夹杂物和钢基体的溶解。随着钢基体的进一步溶解,裂隙上方被腐蚀产物覆盖,形成闭塞环境,内部的自催化酸化反应将进一步降低溶液pH值,促进局部腐蚀的扩展。而非活性夹杂物周围的钢基体并未发生塑性变形,界面处基体在腐蚀过程中不会优先发生溶解,这使得活性夹杂物和非活性夹杂物诱发局部腐蚀的能力存在显著差异。

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论文DOI:10.26914/c.cnkihy.2020.028219

论文分类号:TG172