[發明專利]一種耐應力腐蝕海洋用低合金高強鋼的二元合金設計方法

在審

• 申請號: 202011424195.4
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112626415A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 劉智勇;李曉剛;吳偉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/60;C22C38/58;C21D8/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種耐應力腐蝕海洋用低合金高強鋼的二元合金設計方法，屬于低合金高強鋼的合金成分設計領域。所述的二元合金設計方法利用二元合金化處理協同實現逆陽極溶解過程和逆氫脆過程，從而制備得到耐應力腐蝕海洋用低合金高強鋼，并且使得海洋用低合金高強鋼在模擬SO₂污染海洋大氣環境中的耐應力腐蝕能力增幅超過50％。本發明利用一種微合金化處理來改善海洋環境中低合金高強鋼的表面銹層性質，降低局部微環境下的電化學活性，從而實現了逆陽極溶解作用；利用另一種微合金化處理降低陰極析氫過程，形成NbC析出相來提高氫陷阱密度，并提高組織結構的抗氫能力，從而實現了逆氫脆作用；顯著地提高材料的耐應力腐蝕能力。

技術領域

本發明屬于低合金高強鋼的合金成分設計領域，尤其涉及一種耐應力腐蝕海洋用低合金高強鋼的二元合金設計方法。

背景技術

目前，隨著海洋資源開發的不斷深入，海洋工程裝備的服役條件越來越惡劣，工程用低合金鋼面臨的應力腐蝕問題愈發嚴重，甚至導致了嚴重的工業事故。例如，在2013年11月22日，中國的沿海城市青島市黃島區就由于市內輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂從而發生爆炸，該事故造成了重大傷亡和巨大的經濟損失。故而應力腐蝕問題已經成為低合金高強鋼服役安全的重要威脅，然而現階段幾乎所有的防護手段均未對應力腐蝕進行特殊考慮，只是對高性能低合金高強鋼的強韌性和基礎耐蝕性進行了重點關注，并未同時考慮其耐應力腐蝕性能。

而研發耐應力腐蝕低合金高強鋼首先需認清其應力腐蝕機理，目前已有研究表明，陽極溶解和氫脆是海洋環境中應力腐蝕開裂的普遍機理。

陽極溶解機制與局部微環境有關，海洋環境中銹層底部Cl^-富集導致環境酸化，同時加速局部腐蝕過程。在酸性富Cl^-局部微環境中，點蝕坑萌生并在強烈的自催化作用下迅速發展，為微裂紋的萌生和擴展提供了有效的形核位點，導致陽極溶解型應力腐蝕開裂。

氫脆機制與鋼中氫原子擴散、分布和濃度有關，電化學陰極發生析氫反應時，氫原子能夠擴散進入鋼基體，并聚集在各種缺陷和應力畸變區域，一旦局部氫原子濃度達到臨界氫濃度，即會導致裂紋萌生和擴展，發生氫脆型應力腐蝕開裂。

故而，海洋環境中的應力腐蝕開裂通常是由以上兩種機制協同導致，如何避免海洋環境中的應力腐蝕開裂就是要通過技術手段使得上述兩種機制不能協同起作用。

而本發明創造性地通過逆陽極溶解和氫脆過程的合金化處理來提高低合金高強鋼的耐應力腐蝕能力，即通過合金化使得對應的兩種機制同時不起作用，且不會對海洋用低合金高強鋼的強韌性和耐海水環境腐蝕性產生不利影響。

具體為以下兩個方面：

一方面，利用合金化處理改善銹層中侵蝕性元素聚集，降低局部酸化程度，抑制電化學過程，緩解銹層底部陽極溶解過程；

另一方面，通過合金化處理抑制析氫過程，提高鋼中氫陷阱密度，從而降低鋼中可擴散氫的總量，使鋼中氫分布均勻，緩解局部氫的聚集程度，抑制氫脆過程。

以上這種二元合金設計方法能夠協同抑制海洋環境下低合金高強鋼的陽極溶解和氫脆機制，顯著提高低合金高強鋼的耐應力腐蝕能力，降低應力腐蝕風險，然而該新方法目前并未有人提出。

本發明基于應力腐蝕機理提供了一種逆陽極溶解和氫脆機制的二元微合金設計方法，該方法通過多種元素合金化處理能夠提高海洋環境下低合金高強鋼的耐應力腐蝕能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐應力腐蝕海洋用低合金高強鋼的二元合金設計方法，通過該方法設計的低合金高強鋼在海洋環境中的應力腐蝕敏感性相比于對照組顯著降低。