交流电/应力场耦合对X80钢SCC裂纹萌生与发展的影响机理

The stress corrosion simulation test device will be built for pipeline steel in AC electric field. The stress corrosion crack initiation and propagation law and micro electrochemical behavior of X80 pipeline steel under the effect of AC electric field coupling with stress field in high pH system will be studied using micro electrochemical technique and microscopic observation for the crack tip. The relationship among AC electric field, stress and corrosion behavior will be built according to system research on stress corrosion behavior and mechanism of X80 pipeline steel in AC electric field (current density, frequency and waveform). And the correlation among stress corrosion crack initiation, propagation and micro electrochemical behavior will be clarified further in high pH system. The effect mechanism of AC electric field on corrosion electrochemical and stress corrosion in high pH system will be developed and revealed. This will lay a theoretical foundation for safe service of high strength pipeline steel in AC electric field and selection, design and protection of engineering material.

本项目拟建立管线钢在交流电场作用下的应力腐蚀模拟实验装置，并利用微区电化学测量技术和裂纹尖端微观观测技术，开展在高pH值介质体系中X80高强管线钢在交流电/应力场耦合下的应力腐蚀裂纹萌生与扩展规律及应力腐蚀微区电化学行为的研究。通过系统研究交流电场（交流电流密度、频率、波形）对X80高强管线钢的应力腐蚀行为与机理的影响，建立交流电场、应力场和腐蚀行为三者之间的关系，并进一步阐明在高pH介质体系下金属应力腐蚀裂纹形核、扩展与裂尖微区电化学行为的相关性。发展在含高pH介质体系中的高强管线钢腐蚀电化学及应力腐蚀理论，揭示交流电/应力场耦合对高强管线钢应力腐蚀的影响机制，为高强管线钢在交流电场中的安全使用以及工程选材、设计与防护奠定理论基础。

随着电力、能源以及交通行业的飞速发展，由于地理位置的限制，埋地金属管道与高压输电线路或电气化铁路并行或交叉铺设不可避免，甚至都集中在一个局部地区形成所谓的“公共走廊”。埋地管道附近的架空高压交流输电线路或交流电气化铁路将会对埋地管道产生交流干扰，导致管道加速腐蚀破坏。而对交流杂散电流腐蚀的机理乃至对高强管线钢应力腐蚀机理的研究对于高强管线钢的防护有着重要意义。..本课题研究了交流电作用下X80高强管线钢在不同pH环境中的腐蚀行为及应力腐蚀行为，交流电对三种pH环境中阴极保护效果的影响，应用电化学和有限元模拟手段对交流电促进腐蚀和提高应力腐蚀敏感性机理进行了解析，取得了大量创新性的成果。同时基于裂纹扩展实验，研究了交流电对离子迁移的影响，解析了交流电促进腐蚀的原因。基于有限元模拟解析了交流电的“趋肤效应”和局部促进氢析出模型，为高强管线钢SCC防护方法和措施的完善提供了理论依据。该研究系统地认识了交流电作用下高强管线钢应力腐蚀机理，进一步为提高我国油气管线防腐蚀体系水平提供了借鉴。