崔中雨 北京科技大學 腐蝕與防護中心

 

    研究背景

 

    應力腐蝕開裂（SCC）是埋地管線鋼的最危險的失效形式，并一直威脅著管線鋼的安全服役過程。應力腐蝕的萌生和擴展過程是材料、應力和環(huán)境介質三者協(xié)同作用的結果。對管線鋼而言，研究應力腐蝕過程中電化學信息與應力腐蝕敏感性及裂紋擴展速度的對應關系以及應力與電化學的交互作用是認識其機理的關鍵。但是目前為止，尚無有效的電化學方法幫助理解SCC過程。因此，符合應力腐蝕過程中電化學特點的研究方法是突破管線鋼在土壤介質中應力腐蝕機理的認識瓶頸并發(fā)展裂紋擴展速率預測模型及快速評價方法的關鍵所在。

 

    課題組的前期研究結果表明，管線鋼應力腐蝕開裂過程是穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程的復合過程，裂紋尖端的非穩(wěn)態(tài)電化學過程是決定應力腐蝕的關鍵。裂紋尖端的新鮮金屬表面和裂尖金屬變形導致的位錯運動所引起的非穩(wěn)態(tài)電化學過程是SCC過程中的兩種主要非穩(wěn)態(tài)電化學過程。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)電化學極化狀態(tài)下的腐蝕速率，這將促進裂紋尖端的快速擴展；同時，裂紋尖端的高應變區(qū)存在位錯運動，這些因素導致的非穩(wěn)態(tài)電化學過程不僅直接加速裂尖區(qū)的陽極溶解作用，而且能促進非裂尖區(qū)的表面陰極過程生成的氫滲透并擴散至裂紋尖端進一步促進電化學溶解和裂紋擴展。這些過程將更加接近SCC發(fā)生的真實過程，是進一步分析SCC機理和進行裂紋擴展快速預測的關鍵。

 

    SCC過程中的裂尖非穩(wěn)態(tài)電化學過程的認知使我們意識到應力腐蝕裂紋尖端研究的重要性，以裂尖區(qū)域內的應力應變狀態(tài)和電化學行為為主，分析和理解裂尖區(qū)域內材料組織結構、位錯形態(tài)、電化學活性及氫行為的變化，進而深入研究應力腐蝕開裂過程中裂紋尖端的行為規(guī)律，是進一步研究應力腐蝕開裂機理和裂紋擴展速率預測的有效途徑。