崔中雨 北京科技大学 腐蚀与防护中心

 

    研究背景

 

    应力腐蚀开裂（SCC）是埋地管线钢的最危险的失效形式，并一直威胁着管线钢的安全服役过程。应力腐蚀的萌生和扩展过程是材料、应力和环境介质三者协同作用的结果。对管线钢而言，研究应力腐蚀过程中电化学信息与应力腐蚀敏感性及裂纹扩展速度的对应关系以及应力与电化学的交互作用是认识其机理的关键。但是目前为止，尚无有效的电化学方法帮助理解SCC过程。因此，符合应力腐蚀过程中电化学特点的研究方法是突破管线钢在土壤介质中应力腐蚀机理的认识瓶颈并发展裂纹扩展速率预测模型及快速评价方法的关键所在。

 

    课题组的前期研究结果表明，管线钢应力腐蚀开裂过程是稳态过程和非稳态过程的复合过程，裂纹尖端的非稳态电化学过程是决定应力腐蚀的关键。裂纹尖端的新鲜金属表面和裂尖金属变形导致的位错运动所引起的非稳态电化学过程是SCC过程中的两种主要非稳态电化学过程。裂尖新鲜金属表面使裂纹尖端的阳极溶解速度大大高于稳态电化学极化状态下的腐蚀速率，这将促进裂纹尖端的快速扩展；同时，裂纹尖端的高应变区存在位错运动，这些因素导致的非稳态电化学过程不仅直接加速裂尖区的阳极溶解作用，而且能促进非裂尖区的表面阴极过程生成的氢渗透并扩散至裂纹尖端进一步促进电化学溶解和裂纹扩展。这些过程将更加接近SCC发生的真实过程，是进一步分析SCC机理和进行裂纹扩展快速预测的关键。

 

    SCC过程中的裂尖非稳态电化学过程的认知使我们意识到应力腐蚀裂纹尖端研究的重要性，以裂尖区域内的应力应变状态和电化学行为为主，分析和理解裂尖区域内材料组织结构、位错形态、电化学活性及氢行为的变化，进而深入研究应力腐蚀开裂过程中裂纹尖端的行为规律，是进一步研究应力腐蚀开裂机理和裂纹扩展速率预测的有效途径。