锈蚀对钢材低周疲劳性能的影响分析

以我国钢桥结构中使用较多的Q345钢材为例,对人工加速锈蚀试样进行2种应变幅下的低周疲劳试验研究.应用精细的有限元模型分析,基于微观断裂判据--循环空穴扩张模型（CVGM）,对锈蚀钢材的低周疲劳断裂机理进行分析,讨论蚀坑对钢材低周疲劳（LDF）寿命的影响机理,并验证方法的有效性.结果表明,质量损失率约为6%的锈蚀Q345钢材试样的低周疲劳寿命比无锈蚀钢材减少约30%;完好试样与锈蚀试样的稳定滞回环形状几乎相同,锈蚀对钢材承载能力影响较小;在1%应变幅作用下,试样破坏现象为脆性的低周疲劳破坏,而在2.5%应变幅作用的循环荷载下,试样发生延性的超低周疲劳破坏.锈蚀引起钢材超低周疲劳寿命下降程度与蚀坑位置的应变集中有关,随着应变集中程度的增加,疲劳寿命的下降增大.     

焊接构造对T型接头超低周疲劳性能的影响

为了研究焊接细节对钢结构超低周疲劳性能的影响,以T型接头为对象,在通用有限元程序Abaqus平台上,开发基于Arlequin算法的结构多尺度计算程序. 利用多尺度算法,开展焊接接头的局部弹塑性有限元分析. 比较焊趾半径、厚钢板未熔透长度及焊趾表面凹凸对局部塑性应变履历的影响,利用Coffin-Manson模型对T型接头的超低周疲劳特性进行定性讨论. 数值计算结果表明,焊趾位置是焊接接头的超低周疲劳易损位置,厚钢板的未熔透长度对焊接部位局部塑性应变的影响不大;焊趾半径对焊趾局部塑性应变有较大的影响,增大焊趾半径可以有效提升钢结构在循环荷载下的超低周疲劳性能;焊趾表面的平整性是影响焊趾局部塑性应变履历的重要因素,尖锐的凹坑会明显降低焊接接头的超低周疲劳性能,磨平的焊趾表面可以减少局部塑性应变,提高接头的超低周疲劳强度.     

锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律

为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁C型钢进行拉伸试验,借助3Dscan手持式激光扫描仪得到腐蚀钢板表面形貌,探讨了锈蚀程度对其材料力学性能的影响.将试验结果与锈蚀热轧钢进行对比分析,比较了锈蚀对两种钢材表面形貌、断口形式、应力-应变曲线、力学性能指标的不同影响....     

锈蚀脚手架钢管轴压稳定性试验研究

为研究锈蚀对扣件式脚手架体系中钢管立杆稳定性的影响,通过对不同锈蚀龄期的钢管进行表面形貌测试,分析锈蚀对钢管内、外壁表面形貌的影响;通过锈蚀钢管材料单调拉伸试验,探讨锈蚀条件下钢材力学性能的退化规律;基于锈蚀钢管的轴心受压试验结果,提出锈蚀钢管立杆稳定性的计算模型。结果表明：随着钢管失重率的增加,钢管表面坑蚀分布由独立蚀坑向溃疡状蚀坑群发展,外壁坑蚀率、算术平均高度和均方根高度均不同程度地高于钢管内壁;锈蚀钢材表面随机分布、大小不一的蚀坑会导致钢材强度与塑性变形能力下降、塑性变形能力劣化更明显;不同锈蚀程度的钢管轴压破坏模式均为整体弯曲失稳,锈蚀钢管的极限荷载随失重率的增加线性下降,峰值荷载对应的轴向位移值逐渐降低。     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

耐候钢和高性能钢腐蚀后疲劳性能2019年度研究进展

免涂装耐候钢桥梁在使用过程中长期受到腐蚀作用,影响其性能的主要有均匀腐蚀和坑蚀。坑蚀能够直接导致钢材疲劳强度降低,并且疲劳细节等级越高,坑蚀对疲劳强度的削减越严重。在钢桥设计中,疲劳设计常为控制指标,需要对耐候钢和高性能钢腐蚀后的疲劳性能进行研究。针对中国耐候钢和高性能钢开展共计20个试件的腐蚀后疲劳试验,根据ISO规范对两种钢材进行中性盐雾干/湿循环腐蚀试验,盐雾采用5%的NaCl作为腐蚀溶液,其pH值为6.5,温度控制为35℃,腐蚀120个周期;针对腐蚀后的试件进行疲劳试验,并与未腐蚀试件的疲劳试验结果对比。试验结果表明,腐蚀后耐候钢和高性能钢的疲劳强度均大幅降低;不考虑保证率时,腐蚀后HPS 485W和Q345CNH钢2×10⁶次荷载循环的疲劳强度与未腐蚀试件相比分别降低了27.8%和26.6%;考虑95%保证率,采用m=3时,分别降低了34.7%和50.1%,并且低于FAT 125要求。腐蚀作用下,两种钢材表面形成稳定锈蚀层和蚀坑,其锈蚀层具有一定强度,疲劳裂纹均萌生于表面蚀坑部位。     

Effects of Pitting Corrosion on the Fatigue Behavior of Q235 Steel

点蚀坑对Q235钢材疲劳性能影响

研究

徐善华¹,任松波^1,2,王友德¹

(1.西安建筑科技大学 土木工程学院,西安 710055;

2.西南科技大学 土木工程与建筑学院,绵阳 621010,四川)

创新点说明：

本文首先将锈蚀钢材表面点蚀损伤按照损伤特征进行分类,然后,将点蚀坑间交互作用引入交变荷载作用下锈蚀钢材裂纹扩展的研究问题中,增加了锈蚀钢材预测疲劳寿命的准确性。

目的：

研究点蚀坑交互作用对锈蚀钢材疲劳裂纹扩展过程的影响。

方法：

(1) 钢材试件锈蚀过程采用自然环境腐蚀方式,锈蚀龄期分别设置为0.5年、1年、2年以及4年。

(2) 利用PS50三维非接触形貌采集仪对锈蚀钢材表面形貌数据进行扫描采集,并凭借MATLAB软件平台对腐蚀表面点蚀损伤特征参数进行统计分析。

(3) 利用塑性力学理论,建立了相邻点蚀坑交互作用启动临界条件模型。

结果：

(1) 基于相邻点蚀坑的交互作用,量化了不同状态点蚀坑群下的交互因子。

(2) 通过相邻点蚀坑交互因子作用,建立了基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型,该模型的计算结果更符合真实实验。

结论：

(1) 钢材在大气环境下,腐蚀初期,点蚀损伤主要以独立点蚀坑状态存在;随着腐蚀时间持续,点蚀坑逐渐连接,交互,甚至重叠。

(2) 随着腐蚀时间持续,钢材试件裂纹扩展曲线的起裂越早。当腐蚀时间超过2年,锈蚀钢材裂纹扩展速率可利用基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型进行预测。

关键词：点蚀特征;腐蚀时间;点蚀坑交互;疲劳裂纹扩展速率;预测寿命

     

钢桥腐蚀-疲劳耦合计算模型及影响因素分析

为了研究钢桥在交通荷载和腐蚀环境共同作用下的疲劳性能,考虑钢桥腐蚀-疲劳耦合效应,建立有2个阶段的腐蚀-疲劳耦合计算模型.在点蚀坑萌生阶段,考虑循环交通荷载对腐蚀过程的加速作用;在裂纹扩展阶段,引入裂纹扩展腐蚀加速因子,考虑腐蚀环境对裂纹扩展的影响.对钢桥顶板和纵肋焊接节点的腐蚀疲劳寿命算例分析表明：考虑腐蚀-疲劳耦合作用的疲劳强度相对于疲劳试验、规范AASHTO、规范BS5400和不考虑腐蚀-疲劳耦合作用的情况,分别降低41.25%、28.80%、44.60%和10.90%.对所建模型开展加载频率、腐蚀环境、腐蚀坑形貌特征等影响因素的比较研究,结果表明：随着加载频率的增加,焊接节点的腐蚀疲劳强度递增,当加载频率大于0.6 Hz时,焊接节点的腐蚀疲劳强度相近;随着腐蚀环境变强,腐蚀电流和腐蚀速率逐渐增大;腐蚀疲劳强度随着腐蚀坑形貌特征的增大而增大.     

钢材表面多重分形随锈蚀龄期的变化规律

为研究钢材的表面形貌随锈蚀龄期的变化规律,通过中性盐雾环境下的快速锈蚀试验得到9组不同锈蚀龄期的钢板试件,采用PS50三维非接触式表面形貌扫描仪对试件的上、下表面进行扫描,得到表面形貌和粗糙度S_q.根据多重分形理论对表面进行分析,计算其多重分形谱,得到特征参数Δα和Δf的变化规律,并根据这一规律研究试件表面形貌与锈蚀龄期之间的关系.结果表明,随着锈蚀龄期的增加,试件表面的平均Δα呈现出“增大（424.34%）—减小（26.5%）—增大（29.7%）”的变化趋势,该趋势符合四次幂函数曲线;平均Δf则呈现出符合二次曲线的下降（53.2%）趋势.随着锈蚀龄期的增加,1）试件表面的蚀坑形态由深窄型过渡到浅宽型,并进一步演化出了二级蚀坑; 2）试件表面的高度差异经历了“显著增大—增速减缓—渐趋稳定”的变化规律;3）表面不同高度区域之间的过渡越来越平缓.     

Q345qC钢及焊接接头低周疲劳性能与断裂机理

为了研究Q345qC钢材及焊接接头的低周疲劳性能,对母材及焊接试样在总应变为2.0%~5.0%的条件下进行低周疲劳试验.基于Coffin-Manson公式拟合两者的低周疲劳寿命预测曲线,结合单调拉伸试验结果,比较不同疲劳寿命预测模型的精度;通过断口电镜扫描分析焊接接头的裂纹萌生机理以及焊接缺陷对疲劳寿命的影响;用Miner损伤累积准则给出两者的低周疲劳损伤指标计算式.结果表明,在同一应变水平下,焊接接头疲劳寿命仅为母材的31%~50%;母材的循环响应特征为循环稳定,焊接接头为循环软化;母材及焊接接头在半寿命稳定循环状态下的耗能能力相近;考虑单调拉伸的Coffin-Manson公式,对两者低周、超低周疲劳寿命均可进行较精确的预测;焊接缺陷容易引起焊接接头萌生疲劳裂纹,使疲劳寿命显著降低.     

Benevolent behavior ofKleinia grandifloraleaf extract as a green corrosion inhibitor for mild steel in sulfuric acid solution

The ethanolic extract of Kleinia grandiflora leaves was characterized and tested for its potential anticorrosion properties on mild steel in 1 M H2SO4 medium using mass-loss analysis, potentiodynamic polarization measurements, electrochemical impedance spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, UV–visible spectroscopy, and X-ray diffraction analysis. The effect of temperature on the corrosion behavior of mild steel was studied in the range of 308 to 328 K. The inhibition efficiency was observed to increase with increasing concentration of the extract. Polarization curves revealed that the Kleinia grandiflora leaf extract is a mixed inhibitor. Impedance diagrams revealed that an increase of Kleinia grandiflora leaf extract concentration increased the charge transfer resistance and decreased the double-layer capacitance. The adsorption process obeys Langmuir＇s model, with a standard free energy of adsorption（ΔGads） of-18.62 k J/mol. The obtained results indicate that the Kleinia grandiflora leaf extract can serve as an effective inhibitor for the corrosion of mild steel in a sulfuric acid medium.     

模拟油田环境中两种P110钢的腐蚀行为研究

为了研究Cr元素的加入对材料的腐蚀形貌、腐蚀速率等各种腐蚀行为的影响,应用高温高压釜模拟试验、扫描电镜观察以及EDS能谱分析等方法,研究了两种P110钢在模拟油田环境中的腐蚀行为.结果表明,两种钢的腐蚀速率都在90℃左右都达到最大值;温度对腐蚀具有双重作用,造成在温度小于90℃时表面形成的膜较疏松,保护性差,而温度大于90℃时,形成的膜和基体接触较为牢固,保护性强;Cr的加入没有改变温度对P110钢腐蚀特性的影响,但能有效地防止局部腐蚀的发生.     

X70管线钢于内蒙古苏里格大气田土壤中的腐蚀特征

利用SEM,EDS,XRD及失重法研究了X70管线钢在不同含水量的苏里格大气田土壤中的腐蚀行为.实验结果表明,随着含水量的增加,钢的腐蚀速率先增大后减小,水的质量分数为10%时腐蚀速率最大;通过对腐蚀形貌的观察发现,X70钢为不均匀腐蚀;EDS和XRD分析显示X70钢的腐蚀产物主要为铁氧化物(Fe2O3,Fe3O4).     

苏里格大气田土壤环境中X70钢的腐蚀规律研究

通过室内埋片实验研究了X70钢在内蒙古西部地区苏里格大气田土壤中的腐蚀行为.在不同含水量的土壤中进行埋片,然后测定试样的自腐蚀电位和腐蚀速率随时间的变化关系,最后进行了试样的形貌观察和腐蚀产物的EDS和XRD的分析.实验结果表明,随着时间的延长,其腐蚀速率是不断变化的.在不同含水量的土壤中钢试样经过相同时间的腐蚀后,在水的质量分数为10%土壤中的腐蚀最严重,5%次之,20%腐蚀最轻微.经过30 d的腐蚀后,试样的腐蚀产物主要为铁的氧化物(Fe2O3,Fe3O4).对试样的自腐蚀电位Ecorr监测结果表明,30 d内不同含水量土壤中钢的自腐蚀电位变化规律是不同的,其中水的质量分数为20%的土壤中的Ecorr最低,5%的土壤中的Ecorr最高.     

Q235钢在内蒙古苏里格大气田土壤环境中的腐蚀行为

通过室内不同含水量的土壤埋片实验,研究了Q235钢于内蒙古苏里格大气田土壤环境中的腐蚀速率随时间的变化规律,并进行了钢的腐蚀形貌观察和腐蚀产物的EDS和XRD的分析.实验结果表明,随着时间的延长,钢的腐蚀速率先增大后减小;当腐蚀时同相同时,Q235钢在10%含水量(质量分数)的土壤中腐蚀程度最为严重;腐蚀形貌观察发现Q235钢点腐蚀倾向较为严重;钢的腐蚀产物主要是铁的氧化物(Fe2O3,Fe3O4).     

Q345E钢在模拟海水溶液中的腐蚀行为

采用失重法及电化学方法研究了Q345E钢在模拟海水溶液（3．5％NaCl）中的腐蚀行为．结果表明：Q345E钢自腐蚀电位前期急剧下降,实验后期逐渐趋于稳定;腐蚀初期腐蚀介质充足且发生吸氧腐蚀使Q345E钢的腐蚀速率较大,随着浸泡腐蚀时间的延长及腐蚀产物的附着,腐蚀速率逐渐减小,在腐蚀后期因附着产物脱落而增大．     

16Mn钢在内蒙古五地区土壤腐蚀的研究

通过16Mn钢在内蒙古5个试验站土壤现场埋片试验,对16Mn钢在内蒙古土壤中腐蚀进行研究.测定了16Mn钢试样在各试验站的一年腐蚀率.观察了试样表面的腐蚀产物的宏观和微观的形貌,并通过EDS和XRD对腐蚀产物进行分析.结果表明,各地区的腐蚀率相差很大,其中巴盟地区腐蚀率最大为6.948 g/dm2.d.腐蚀产物主要是Fe3O4.     

锌液对低碳钢腐蚀机制的研究

分析了低碳钢在500 ℃下受不同时间的静态锌液腐蚀机制及含碳量对腐蚀过程的影响.实验表明，Fe与Zn通过反应扩散，依次形成了Г、δ₁、ζ相.且δ₁相的晶界强度低，在晶界应力和锌液腐蚀及锌液热对流冲击的共同作用下易于开裂而脱落到锌液中去.此外，含碳量越高，δ₁相层越厚，腐蚀越快.在反应过程中，Fe原子一方面通过化合物层溶解于锌液中，另一方面，δ₁相颗粒脱落到锌液中而消耗，腐蚀量为两者的总和.     

316L不锈钢在西沙海洋大气环境下的腐蚀行为评估

采用循环阳极极化、电化学阻抗谱(EIS)和扫描Kelvin探针技术(SKP)评估了在西沙群岛苛刻海洋大气环境下,316L不锈钢经过不同时间暴露后的腐蚀行为。研究结果表明,暴露时间的长短对316L不锈钢的钝化行为没有显著影响。在极化曲线上均表现为阳极活化溶解特征,钝化膜失去保护作用,且暴露时间越长,不锈钢表面破损越多。同时随着暴露时间的延长,不锈钢表面微区的Kelvin电位整体分布下降,且趋向于不均匀分布,电位波动逐渐增大,这可能是由于钝化膜发生破裂进而发生点蚀以及腐蚀产物积累造成的。