充氢电流密度对S32750..._NaCl中腐蚀行为的影响_蒋进.pdf
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1、202312基础研究20Modern Chemical Research当代化工研究充氢电流密度对S32750 SDSS在0.6mol/L NaCl中腐蚀行为的影响蒋进 侯峰(华东理工大学机械与动力工程学院 上海 200030)摘要:对于处在富氢环境下的钢材料,使用寿命和性能会因氢的存在而大大降低,进而对设备安全运行造成隐患。本文将S32750 SDSS作为研究对象,在不同电流密度下对其进行电化学充氢,通过电化学阻抗谱、动电位极化曲线等电化学测试研究了氢对其耐腐蚀性能的影响。结果显示:提升充氢电流密度,S32750 SDSS容抗弧半径减小,自腐蚀电位、点蚀电位负移,自腐蚀电流、点蚀电流密度增大
2、,材料耐蚀性能变差。关键词:S32750 SDSS;充氢;电化学;腐蚀中图分类号:TQ 文献标识码:ADOI:10.20087/ki.1672-8114.2023.12.007Hydrogen Charging Current Density Versus S32750 SDSS in 0.6mol/L NaCl Effects of Corrosion BehaviorJiang Jin,Hou Feng(School of Mechanical and Power Engineering,East China University of Science and Technology,Sha
3、nghai,200030)Abstract:For steel materials in hydrogen rich environments,their service life and performance can be greatly reduced due to the presence of hydrogen,which can pose potential hazards to the safe operation of equipment.In this paper,S32750 SDSS was taken as the research object and subject
4、ed to electrochemical hydrogen charging at different current densities.The effect of hydrogen on its corrosion resistance was studied through electrochemical tests such as open circuit potential,electrochemical impedance spectroscopy,and potentiodynamic polarization curves.The results show that incr
5、easing the hydrogen charging current density decreases the open circuit potential of the S32750 SDSS,decreases the capacitive arc radius,negatively shifts the self-corrosion potential and pitting potential,increases the self-corrosion current and pitting current density,and degrades the corrosion re
6、sistance of the material.Key words:S32750 SDSS;hydrogen charging;electrochemistry;corrosion引言S32750 SDSS作为一种新兴的材料,相比于传统钢材,有着塑性韧性高,抗应力腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀能力强且没有室温脆性等优点。因此被大量用于海洋开发、石化、原子能以及核电等诸多领域1-4。但随着其大量使用和后期研究结果表明,在富氢环境下,其服役性能和寿命会大大降低5,给设备安全运行造成隐患。目前,对S32750 SDSS的研究都主要集中于力学性能、焊接性能以及自身的耐腐蚀性能等方面,而很少有关于氢对其腐蚀行
7、为的研究报道。因此,本课题采用电化学充氢的方式,来模拟S32750 SDSS在富氢环境下的服役过程,通过电化学测试研究了不同充氢电流密度对其在0.6mol/L NaCl溶液中腐蚀行为的影响。1.试验材料与方案(1)实验材料S32750 SDSS为本次试验的试验材料,其组分为Fe、Cr、Ni、Mo、N、Mn、Cu、W、Si、C,具体质量分数占比如表1所示。表1 S32750 SDSS组分及占比元素FeCrNiMoNMnCuWSiC质量分数/%62.507 24.48 6.364.0 0.263 0.54 0.67 0.72 0.43 0.03(2)实验方案 对S32750 SDSS试样进行预处理
8、,采用线切割将其制成块状,长宽高分别为10mm6mm3mm。在试样中心位置引出一根铜导线作为工作电极。使用树脂将试样冷镶成圆柱状,仅露出一面作为测试面。将测试面依次用400#、800#、1000#、1500#和2000#砂纸打磨,再由2.5m金刚石抛光剂抛光至镜面,并用去离子水及乙醇清洗干净后备用。对预处理后S32750 SDSS试样进行充氢操作,选用0.5mol/L H2SO4溶液作为充氢介质,并加入少量Na2S作为毒化剂6。以S32750 SDSS电极作为阴极,金属Pt电极作为阳极,选用0mAcm-2、10mAcm-2、30mAcm-2、50mAcm-2和100mAcm-2五种电流密度进行
9、恒电流充氢,充氢时间统一设定为24h,整个充氢过程在25恒温水浴中进行。202312基础研究21Modern Chemical Research当代化工研究采用CHI660E型工作站作为实验设备,S32750试样作为工作电极,金属Pt电极作为辅助电极,饱和甘汞电极作为参比电极。对S32750的阻抗谱、极化曲线以及Mott-Schottky曲线进行测试。选取测试介质为0.6mol/L NaCl溶液,并用水浴加热保持介质温度为25室温。阻抗测试以开路电压作为偏置电压,选取测试频率区间为10510-2Hz,交流激励信号幅值5mV。动电位极化曲线电位扫描范围为-11.3V,扫描速率2mV/s。Mott
10、-Schottky曲线电位范围为-0.51.0V,测试频率设置1000Hz,激励信号幅值为5mV7。为确保数据准确严谨性,各项测试均在相同条件下测试三次。2.试验结果与分析(1)充氢电流密度对S32750 SDSS开路电位的影响图1 不同充氢电流密度下S32750 SDSS的开路电位曲线表2 不同充氢电流密度下的稳定开路电位电流密度/(mAcm-2)0103050100开路电位/V-0.325-0.371-0.426-0.499-0.586对五种不同充氢电流密度下S32750试样的开路电位进行检测,收集数据并绘制曲线,得到图1不同充氢电流密度S32750 SDSS的开路电位曲线。从图1可以看出
11、,在全部的5组试样中,随着浸入时间的增加,其开路电位都在逐步上升。这主要与试样表面钝化膜的形成有关8。通过观察曲线斜率变化,不难发现,开路电位的上升趋势随浸泡时间的延长不断放缓,并逐渐趋于稳定。这是因为,在实验初期,由于预处理后的试样表面无任何保护,在遇到NaCl溶液后会迅速钝化而产生致密的钝化膜,金属表面状态发生明显改变9,在实验中就表现为开路电位的快速上升。随着实验时间的进一步延长,试样表面的钝化膜逐渐形成,开路电位上升趋势逐渐减小。到实验后期,钝化膜的v生成与v破坏近似相等,可以认为此时试样处于稳定态。表2是不同充氢电流密度下的稳定开路电位,从表2可以看出,当充氢电流密度为0mAcm-2
12、时,其开路电位为-0.325V,当充氢电流密度增加至100mAcm-2时,其开路电位负移至-0.586V,这说明充氢劣化了钝化膜的对试样的保护性能,降低了S32750 SDSS的耐腐蚀性,且充氢电流密度越大,这种劣化趋势就越明显。(2)充氢电流密度对S32750 SDSS电化学阻抗谱的影响将五组充氢电流密度S32750 SDSS的电化学阻抗谱进行拟合,拟合后的Nyquist图谱如图2所示,从图2可以发现,五种曲线的形状和斜率变化趋势相近,即都显示出单一容抗弧特性,这说明试样表面均有钝化膜的存在,且钝化膜的种类和特性一致10。进一步分析其容抗弧特性可知,五组曲线的容抗弧直径与充氢电流密度呈反比,
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