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R4s级系泊链钢腐蚀疲劳性能研究

作　者: 高平
导　师: 金云学
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: 系泊链力学性能腐蚀性能腐蚀疲劳
分类号: TG172.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

R4s级系泊链钢是新型低碳、低合金高强度钢,具有优良的综合性能。系泊链在工作过程中,上与海面浮体相连,下与海底锚腿相接,通体基本浸入在海水中,受到周围环境主要是海水的腐蚀,而且随着海洋洋流的作用,随着海水的响应上下来回震动。由于其自身重力和海面浮体的拉力,使其承受了一定的应力作用,而响应震动又引起了应力的变化,产生了交变应力,和海水腐蚀的共同作用,产生了腐蚀疲劳。本文根据系泊链焊接后在连续炉中热处理的实际生产条件,选择在930℃温度保温30min快速加热后水冷淬火+930℃温度保温30min快速加热后水冷淬火的二次淬火+630℃温度回火保温30min,同时,利用金相显微镜、扫描电镜等分析仪器,对上述样品的微观组织和断口形貌进行了分析;利用洛氏硬度计、显微硬度计、万能试验机和冲击试验机等,对不同热处理状态下的力学性能进行了测试;利用电化学试验、海水挂片试验、应力腐蚀试验对材料的腐蚀性能进行了测试,结合前面的力学、腐蚀性能,利用腐蚀疲劳试验对R4s级系泊链钢的腐蚀疲劳性能进行了测试及客观的分析。实验结果表明:系泊链钢在受到腐蚀和交变应力共同作用时,腐蚀和疲劳作用同时在刚表面进行伤害,海水溶液中的离子和氧对钢表面进行侵蚀产生点蚀,而交变应力作用使得钢表层的位错移动形成小的滑移带从而产生沟槽和隆脊,二者的共同作用下,钢表面上的点蚀尖部和滑移所引起的沟槽底部吸附了较多的Cl-和OH-,致使金属原子键的亲和力减弱,即金属表面能降低,在交变应力的作用下,促进了金属的破裂,微观裂纹在钢表面形成。随着交变应力和腐蚀的继续作用,裂纹沿着两组互不平行的{111}滑移面扩展,裂纹的扩展方向平行于{111}面的交线,即{110}方向。裂纹的扩展引起了应力集中逐渐增大,裂纹逐步向材料内部扩展。随着腐蚀时间的增加,腐蚀产物也随之增多,腐蚀产物覆盖在裂纹的周围,腐蚀产物会阻隔在腐蚀液与裂纹尖端之间,阻止了腐蚀的进行,此时裂纹扩展主要由交变应力作用下的金属滑移扩展,产生新鲜的金属表面。而裂纹在交变应力作用下围绕裂纹尖端作一张一弛运动,张弛运动将腐蚀产物挤压出裂纹缝,也会将腐蚀产物撕裂,腐蚀溶液接触新鲜的金属裂纹表面。随着腐蚀产物覆盖裂纹表面-腐蚀产物层破裂-重新覆盖的过程不断重复,裂纹在{110}面上的扩展也不断进行,直到金属不能承受应力作用时发生断裂。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-25
  1.1 选题背景  12
  1.2 当代海洋油气业的发展  12-14
  1.3 国内外系泊链钢的发展现状  14-16
    1.3.1 国外对R4 级系泊链钢的研究  14
    1.3.2 国内对R4 级系泊链钢的研究  14-16
  1.4 系泊链的工作方式  16-19
    1.4.1 悬链式  16-17
    1.4.2 紧绷式  17-19
  1.5 系泊链钢腐蚀疲劳失效  19-23
    1.5.1 金属的腐蚀疲劳  19-21
    1.5.2 腐蚀疲劳的分类  21
    1.5.3 腐蚀疲劳的特征  21-22
    1.5.4 腐蚀疲劳的过程  22
    1.5.5 腐蚀疲劳的机理  22-23
  1.6 本课题研究的意义  23-25
第2章试验材料及试验方法  25-32
  2.1 试验材料及制备  25-26
    2.1.1 系泊链钢的成型及焊接工艺  25
    2.1.2 试验材料及制备  25-26
  2.2 实验内容及方法  26-32
    2.2.1 显微组织观察  26
    2.2.2 常规力学性能测试  26-29
    2.2.3 电化学试验  29
    2.2.4 海水挂片实验  29-30
    2.2.5 应力腐蚀实验  30
    2.2.6 腐蚀疲劳实验  30-32
第3章 R4s 系泊链钢组织及性能  32-48
  3.1 引言  32
  3.2 系泊链钢的金相组织  32-34
  3.3 系泊链钢常规力学性能  34-38
    3.3.1 显微硬度试验  34-35
    3.3.2 拉伸性能及断口分析  35-36
    3.3.3 冲击性能及断口分析  36-38
  3.4 系泊链钢的腐蚀性能  38-47
    3.4.1 电化学试验  38-40
    3.4.2 海水挂片试验  40-44
    3.4.3 应力腐蚀试验  44-47
  本章小结  47-48
第4章系泊链钢的腐蚀疲劳性能  48-60
  4.1 引言  48
  4.2 系泊链钢腐蚀疲劳S-N 曲线特性  48-49
  4.3 系泊链钢腐蚀疲劳数据处理与分析  49-51
  4.4 系泊链钢腐蚀疲劳断口分析  51-54
    4.4.1 系泊链钢腐蚀疲劳宏观断口分析  51
    4.4.2 系泊链钢腐蚀疲劳裂纹起始断口分析  51-52
    4.4.3 系泊链钢腐蚀疲劳裂纹扩展断口分析  52-54
  4.5 系泊链钢的腐蚀疲劳裂纹萌生  54-56
    4.5.1 点蚀引起裂纹萌生  54-56
    4.5.2 滑移引起裂纹萌生  56
    4.5.3 点蚀与滑移共同作用引起裂纹萌生  56
  4.6 系泊链钢的腐蚀疲劳裂纹扩展  56-58
    4.6.1 腐蚀疲劳裂纹扩展机制  56-57
    4.6.2 腐蚀引起裂纹扩展  57
    4.6.3 交变应力作用引起裂纹扩展  57-58
    4.6.4 腐蚀与交变应力的共同作用引起裂纹扩展  58
  4.7 系泊链钢腐蚀疲劳失效途径分析  58-59
  本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
详细摘要  66-71

R4s级系泊链钢腐蚀疲劳性能研究

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