【關(guān)鍵詞】開(kāi)裂,機(jī)理,探討,腐蝕,應(yīng)力,輸送,管線,鋼,天然氣,
因?yàn)榈谝焕艿繱CC失效發(fā)生在高pH值環(huán)境，所以在隨后的時(shí)間里，許多國(guó)家在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)管線鋼在高pH值情況下進(jìn)行了廣泛的研究。選擇性溶解機(jī)理已經(jīng)成為了共識(shí)，此理論認(rèn)為陽(yáng)極不斷溶解導(dǎo)致了應(yīng)力腐蝕的形核及擴(kuò)展。但對(duì)陽(yáng)極金屬是如何溶解的、應(yīng)力所起的作用則存在不同觀點(diǎn)，如滑移-溶解、膜致解理、沿晶擇優(yōu)溶解、隧道腐蝕、應(yīng)力吸附斷裂、蠕變膜破裂等。Parkins采用動(dòng)電位極化方法測(cè)試，認(rèn)為陰極極化促進(jìn)了涂覆層下高pHSCC環(huán)境的形成，使得涂覆層破損處的管線表面電位處于活化－鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)。在裂紋尖端，滑移臺(tái)階的存在造成金屬表面的氧化膜破裂－再鈍化－破裂交替進(jìn)行，進(jìn)而形成開(kāi)裂。沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂同材料內(nèi)部存在不同的微觀組織結(jié)構(gòu)及成分有關(guān)，由于管線鋼晶界碳化物偏析的存在，使晶界成分與晶粒內(nèi)部成分差異很大。晶界區(qū)的原子能量較高且電位較負(fù)，在溶液中相對(duì)晶粒內(nèi)部相當(dāng)于陽(yáng)極，能夠優(yōu)先溶解，從而引起強(qiáng)烈的晶間腐蝕。
三、近中性pHSCC
1985年，加拿大首次發(fā)生了在管道脫落涂層下的穿晶型SCC，隨后其他國(guó)家如墨西哥、意大利、前蘇聯(lián)以及沙特阿拉伯等也陸續(xù)發(fā)生了穿晶型SCC。這些裂紋都比較寬，發(fā)生腐蝕的部位基本上在防腐層剝落處，同時(shí)存在著Na2CO3-NaHCO3溶液或NaHCO3晶體，液體為pH值6~8中性的碳酸鹽溶液。TGSCC多數(shù)發(fā)生在氣溫較低的地區(qū)，這可能同地下水中CO2濃度較高有關(guān)，TGSCC發(fā)生時(shí)沒(méi)有明顯的電位衰減，通常將這類SCC稱為近中性pH SCC或非經(jīng)典的SCC，用以區(qū)別濃碳酸鹽－碳酸氫鹽溶液中的IGSCC。這兩種類型的SCC有一些相似之處，如裂紋均沿著與管道軸向平行的方向發(fā)展并引起管線開(kāi)裂，裂紋多數(shù)在管道的下底側(cè)形核，裂紋的側(cè)壁通常覆蓋有磁鐵礦膜或碳酸鐵膜。
到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管線鋼在近中性pHSCC提出了三種機(jī)制：陽(yáng)極溶解機(jī)制、氫致開(kāi)裂機(jī)制和陽(yáng)極溶解與氫脆交互作用機(jī)制。
（一）陽(yáng)極溶解機(jī)制。在近中性pHSCC機(jī)理研究的中，對(duì)于形成的機(jī)理沒(méi)有任何一種觀點(diǎn)能達(dá)到廣泛的共識(shí)。Wilmott等在414鋼+NS4溶液杯中進(jìn)行了電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，得出近中性pHSCC可能是AD機(jī)制，但同時(shí)氫的作用也不能忽視。Gonzalez-Rodriguez等采用SSRT試驗(yàn)方法，對(duì)通過(guò)不同熱處理狀態(tài)的X80管線鋼在稀NaHCO3溶液中的SCC行為研究表明：在室溫下X80管線鋼的SCC是陽(yáng)極溶解和膜破裂機(jī)制。
（二）氫致開(kāi)裂機(jī)制。經(jīng)典的氫致開(kāi)裂理論認(rèn)為由于腐蝕的陰極反應(yīng)析出氫，氫原子擴(kuò)散到裂縫尖端的金屬內(nèi)部，集中在晶格中三軸向應(yīng)變的局部區(qū)域，使得這一區(qū)域變脆，在一定的拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生脆斷。HIC機(jī)制普遍認(rèn)為：氫能促進(jìn)位錯(cuò)的發(fā)生和運(yùn)動(dòng)，因此在比空拉時(shí)更低的外應(yīng)力作用下，由于氫促進(jìn)的局部塑性變形就會(huì)發(fā)展到臨界條件，促使金屬局部地區(qū)的應(yīng)力集中等于被氫降低了的原子鍵結(jié)合力，或降低了裂縫前緣原子鍵結(jié)合能，或由于吸收氫而降低了表面能，或形成H2造成了內(nèi)高壓，促進(jìn)了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，生成了氫化物等，從而導(dǎo)致了氫致微裂紋在該處形核。
（三）陽(yáng)極溶解和氫脆交互作用機(jī)制
Parkins提出的陽(yáng)極溶解和氫脆交互作用機(jī)理得到了更多學(xué)者的認(rèn)可。其陽(yáng)極溶解與氫脆交互作用的模型為：裂紋起始于鋼管表面的蝕坑處，此處局部環(huán)境的pH較低，并在蝕坑內(nèi)產(chǎn)生了氫原子；地下水中CO2促進(jìn)形成了近中性pH環(huán)境；某些電解原子氫滲入鋼的基體，使鋼的局部力學(xué)性能退化，裂紋就可以在陽(yáng)極溶解和氫脆聯(lián)合作用下起始和長(zhǎng)大。
管線鋼的應(yīng)力腐蝕受到材料、力學(xué)及環(huán)境因素的影響，這些因素通過(guò)影響對(duì)材料的電化學(xué)行為、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)、氫的吸附和擴(kuò)散聚集等發(fā)生作用，進(jìn)而對(duì)裂紋的形核、擴(kuò)展過(guò)程產(chǎn)生影響。因此，研究其開(kāi)裂機(jī)理必須綜合考慮這三方面的協(xié)同作用。
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