杂散电流与应力耦合作用下高强管线钢腐蚀行为研究

作     者：宋旭婷 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王新华

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：高强管线钢 杂散电流 土壤电导率 应力 腐蚀行为 

摘      要：高强钢管线在运行过程中所受到的残余应力、输送压力和地面压力等应力因素会使得管线产生弹塑性形变,引发管线腐蚀的热力学和动力学过程发生变化;此外,交流输电线路、直流牵引供电系统以及高压超高压输电系统常与管线并行或交叉敷设,导致管线遭受杂散电流的干扰,威胁着高强钢管线的安全运行。目前,对高强管线钢的腐蚀研究多集中在杂散电流或应力等单因素引起的腐蚀,对多因素耦合作用下高强管线钢的腐蚀行为研究较少。为此,本文开展了交流杂散电流、直流杂散电流、应力水平、土壤电导率等多因素单独及耦合作用下高强管线钢的腐蚀研究。通过失重法测试杂散电流作用下管线钢的腐蚀速率,发现交流杂散电流单独作用下,随着交流电流密度增大,管线钢的腐蚀速率并非呈线性增长,而是由于试样表面发生点蚀或产生腐蚀产物膜而使腐蚀速率的增长受到抑制;直流杂散电流单独作用下,腐蚀速率随直流电流密度的增大呈线性增长,且直流腐蚀速率最高可达到交流腐蚀速率的17倍,其破坏作用远远大于交流杂散电流。交流腐蚀的集中性更强,易诱发局部点蚀,极易造成穿孔行为;直流杂散电的腐蚀量虽远大于交流杂散电流,但直流腐蚀属于全面均匀腐蚀。交直流杂散电流耦合作用下,在直流电流密度恒定时,随着交流电流密度的增大,腐蚀行为加剧;而在交流电流密度恒定时,随着直流电流密度的增大,腐蚀电流密度增大,且腐蚀电位的偏移幅度明显大于交流电,说明直流杂散电流的加入促进了管线钢的交流腐蚀行为。施加同等杂散电流干扰后,土壤电导率越大,管线钢的腐蚀电位越负,腐蚀电流密度越大,管线钢的腐蚀速率越大,且管线钢级别越高,耐腐蚀性越强。直流杂散电流与应力耦合作用下,随着应力水平从0增大到100%Y,管线钢的腐蚀速率持续增加,二者呈正相关。直流杂散电流与应力耦合作用下试样表面的腐蚀形貌比直流电流单一作用下腐蚀更严重,腐蚀坑的直径和深度均增大,蚀坑数量增多,并出现条棒状腐蚀形貌。基于上述研究,通过失重法和电化学测试以及表面分析技术进行了交流杂散电流、直流杂散电流、应力水平大小以及土壤电导率等因素对于高强管线钢的影响规律,得出了各影响因素单一作用及耦合作用下的腐蚀行为规律。