管线钢应力腐蚀的非稳态电化学过程分析
摘要
管线钢土壤环境应力腐蚀(SCC )是危及油气管线运行安全的主要问题之一。应力腐蚀是断裂行为和电化学行为的交互过程,其裂纹的二维特征和扩展特点决定了其电化学过程的非稳态特性。但目前的研究基本使用稳态的电化学研究方法,这必然难以获得更深入的认识。因此,本文在综述管线钢土壤环境应力腐蚀(SCC )研究进展的基础上,对管线钢应力腐蚀过程中的非稳态电化学过程及其与应力腐蚀行为机制的关系进行了论述,从腐蚀理论上对管线钢应力腐蚀行为机制及其研究方法进行探索;介绍和分析了SCC 发生时的非稳态电化学特征,认为裂纹尖端的新鲜金属表面和裂尖的金属形变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,会对 SCC 行为及机理产生决定性影响。裂尖区新鲜金属导致的非稳态电化学过程,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。上述两个方面是全面分析SCC 机制和安全评价的关键。这些过程的综合协同作用将更加接近SCC 发生的真实过程。非稳态电化学过程更加接近SCC 发生的真实过程,能为其研究方法的发展提供新的思路,具有重要科学意义和实用价值。