[发明专利]一种耐应力腐蚀海洋用低合金高强钢的二元合金设计方法

说明书

本发明提供一种耐应力腐蚀海洋用低合金高强钢的二元合金设计方法，属于低合金高强钢的合金成分设计领域。所述的二元合金设计方法利用二元合金化处理协同实现逆阳极溶解过程和逆氢脆过程，从而制备得到耐应力腐蚀海洋用低合金高强钢，并且使得海洋用低合金高强钢在模拟SO₂污染海洋大气环境中的耐应力腐蚀能力增幅超过50％。本发明利用一种微合金化处理来改善海洋环境中低合金高强钢的表面锈层性质，降低局部微环境下的电化学活性，从而实现了逆阳极溶解作用；利用另一种微合金化处理降低阴极析氢过程，形成NbC析出相来提高氢陷阱密度，并提高组织结构的抗氢能力，从而实现了逆氢脆作用；显著地提高材料的耐应力腐蚀能力。

技术领域

本发明属于低合金高强钢的合金成分设计领域，尤其涉及一种耐应力腐蚀海洋用低合金高强钢的二元合金设计方法。

背景技术

目前，随着海洋资源开发的不断深入，海洋工程装备的服役条件越来越恶劣，工程用低合金钢面临的应力腐蚀问题愈发严重，甚至导致了严重的工业事故。例如，在2013年11月22日，中国的沿海城市青岛市黄岛区就由于市内输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂从而发生爆炸，该事故造成了重大伤亡和巨大的经济损失。故而应力腐蚀问题已经成为低合金高强钢服役安全的重要威胁，然而现阶段几乎所有的防护手段均未对应力腐蚀进行特殊考虑，只是对高性能低合金高强钢的强韧性和基础耐蚀性进行了重点关注，并未同时考虑其耐应力腐蚀性能。

而研发耐应力腐蚀低合金高强钢首先需认清其应力腐蚀机理，目前已有研究表明，阳极溶解和氢脆是海洋环境中应力腐蚀开裂的普遍机理。

阳极溶解机制与局部微环境有关，海洋环境中锈层底部Cl^-富集导致环境酸化，同时加速局部腐蚀过程。在酸性富Cl^-局部微环境中，点蚀坑萌生并在强烈的自催化作用下迅速发展，为微裂纹的萌生和扩展提供了有效的形核位点，导致阳极溶解型应力腐蚀开裂。

氢脆机制与钢中氢原子扩散、分布和浓度有关，电化学阴极发生析氢反应时，氢原子能够扩散进入钢基体，并聚集在各种缺陷和应力畸变区域，一旦局部氢原子浓度达到临界氢浓度，即会导致裂纹萌生和扩展，发生氢脆型应力腐蚀开裂。

故而，海洋环境中的应力腐蚀开裂通常是由以上两种机制协同导致，如何避免海洋环境中的应力腐蚀开裂就是要通过技术手段使得上述两种机制不能协同起作用。

而本发明创造性地通过逆阳极溶解和氢脆过程的合金化处理来提高低合金高强钢的耐应力腐蚀能力，即通过合金化使得对应的两种机制同时不起作用，且不会对海洋用低合金高强钢的强韧性和耐海水环境腐蚀性产生不利影响。

具体为以下两个方面：

一方面，利用合金化处理改善锈层中侵蚀性元素聚集，降低局部酸化程度，抑制电化学过程，缓解锈层底部阳极溶解过程；

另一方面，通过合金化处理抑制析氢过程，提高钢中氢陷阱密度，从而降低钢中可扩散氢的总量，使钢中氢分布均匀，缓解局部氢的聚集程度，抑制氢脆过程。

以上这种二元合金设计方法能够协同抑制海洋环境下低合金高强钢的阳极溶解和氢脆机制，显著提高低合金高强钢的耐应力腐蚀能力，降低应力腐蚀风险，然而该新方法目前并未有人提出。

本发明基于应力腐蚀机理提供了一种逆阳极溶解和氢脆机制的二元微合金设计方法，该方法通过多种元素合金化处理能够提高海洋环境下低合金高强钢的耐应力腐蚀能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐应力腐蚀海洋用低合金高强钢的二元合金设计方法，通过该方法设计的低合金高强钢在海洋环境中的应力腐蚀敏感性相比于对照组显著降低。