热浸镀钢材在海水中的氢渗透行为及其对材料力学性能的影响

氢渗透和拉应力的联合作用对海洋环境中的热浸镀钢材的安全构成潜在威胁，本文以当前应用最广泛的三种商业化热浸镀钢材（Galvanized、Galfan和Galvalume）为研究对象，采用边界元方法计算了三种镀层缺陷周围的电场分布；设计了专用子母配套双电解池并测试了氢渗透电流密度曲线，比较了镀层氢渗透抑制性能及存在缺陷时的自渗氢倾向，并结合镀层成分及结构进行了分析；推导了氢渗透过程相关公式，建立了适合于评价镀层材料氢渗透行为的TANG-LI模型并计算了控制氢渗透相关过程的动力学参数；通过SSRT比较、分析了镀层材料充氢与无充氢条件下的应力－应变行为，并配合断口的显微分析，探讨了海水中带缺陷镀层的氢渗透行为对钢材基体力学性能的影响，结果表明： ⑴海水中三种镀层钢材缺陷处的阴极电位负于析氢电位，能够发生析氢反应而析出氢原子； ⑵ Galvanized镀层对氢渗透的抑制能力较弱，Galfan镀层完好时能明显抑制外部氢的进入，两者存在缺陷时都能产生额外的氢；Galvalume镀层具有很强的氢渗透抑制能力，而且当其存在缺陷时无自渗氢行为；镀层铝含量越高，完整镀层的氢渗透抑制能力越强，缺陷镀层自渗氢能力越弱。 ⑶Galvanized镀层在海水中的氢渗透能降低基体材料的强度并使得其断裂方式由韧性变为准解理，从而加大了材料发生氢脆的倾向；Galfan镀层的氢渗透行为能降低材料的强度但不会改变其韧性断裂方式；Galvalume缺陷镀层则对材料的强度和韧性断裂方式都不能造成影响。