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材料研究学报  2018, Vol. 32 Issue (7): 533-540    DOI: 10.11901/1005.3093.2017.642
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亚硫酸盐对热镀锌钢材在海洋大气环境中氢吸收行为的影响
张大磊(), 妙圆圆, 荆赫, 豆肖辉, 金有海
中国石油大学(华东)机电工程学院 青岛 266580
Effect of Sulphite Deposits on Hydrogen Embrittlement Susceptivity of Hot-dip Galvanized Steel in Marine Atmospheric Environment
Dalei ZHANG(), Yuanyuan MIAO, He JING, Xiaohui DOU, Youhai JIN
College of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China
引用本文:

张大磊, 妙圆圆, 荆赫, 豆肖辉, 金有海. 亚硫酸盐对热镀锌钢材在海洋大气环境中氢吸收行为的影响[J]. 材料研究学报, 2018, 32(7): 533-540.
Dalei ZHANG, Yuanyuan MIAO, He JING, Xiaohui DOU, Youhai JIN. Effect of Sulphite Deposits on Hydrogen Embrittlement Susceptivity of Hot-dip Galvanized Steel in Marine Atmospheric Environment[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2018, 32(7): 533-540.

全文: PDF(3794 KB)   HTML
摘要: 

采用改进的Devanathan双面电解池检测了热镀锌钢材的氢渗透电流,结合慢应变速率拉伸试验和断口形貌分析,研究了受工业海洋大气污染有亚硫酸盐沉积的热镀锌钢材氢吸收行为及其在此环境中的氢脆敏感性。结果表明：随着试样表面亚硫酸盐的增加,其氢渗透电流显著增大;镀层缺陷使试样的氢渗透电流增大,且亚硫酸盐与镀层表面的缺陷协同效应进一步促进热浸镀钢材的氢吸收行为;氢吸收降低了热镀锌钢材的断后延伸率,表明海洋大气中的亚硫酸盐污染物会降低热镀锌钢材的韧性,导致氢损伤。
关键词 ： 材料失效与保护,  氢渗透,  大气腐蚀,  慢应变速率拉伸实验,  热浸镀锌层,  氢脆    
Abstract：

Hydrogen permeation and embitterment behavior of hot-dip galvanized steel with different amount of sulphite deposits on surface exposed to stimulant marine atmospheric environment was investigated. The hydrogen embrittlement susceptivity of the steel in this environment was assessed through measuring the hydrogen permeation current by an improved Devanathan-Stachurski cell and the elongation of the galvanized steel at break, while observing the morphology of the fractured surface. Results indicated that the hydrogen permeation current gradually increased with the increasing amount of deposits. On the other hand, it was found that hydrogen absorption was accelerated by the synergistic effect of cathodic protection and the existed damage of zinc coating induced by scratching. The adsorbed hydrogen can reduce the elongation of the steel at break. This means that sulphite can reduce the toughness of hot-dip galvanized steel, resulting in hydrogen damage.
Key words： material failure and protection    hydrogen permeation    atmospheric corrosion    slow strain rate tensile test    hot-dip galvanized coating    hydrogen embrittlement
收稿日期: 2017-10-30     
ZTFLH:  TG174.41  
基金资助:国家自然科学基金(51774314),中央高校基本科研业务资助基金(16CX05011A)
作者简介:

作者简介 张大磊,男,1983年生,博士,讲师
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妙圆圆
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豆肖辉
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Element C Si Mn S P Al Fe
Mass fraction/% 0.03 0.17 0.50 0.25 0.035 0.002 Bal.
表1  热镀锌钢材基体的化学组成
图1  拉伸试样示意图
图2  不同亚硫酸钠沉积量的完整镀锌层试样的氢渗透电流曲线(30℃, 80%RH)
Deposition amounts of Na2SO3 / g·cm-2 0 0.5×10-5 1.0×10-5
Maximum current density / μA·cm-2 0.300 0.699 1.091
Average current density / μA·cm-2 0.141 0.323 0.396
表2  热镀锌钢材在不同亚硫酸钠沉积条件下的氢渗透电流密度最大值和平均值 (30℃, 80%RH)
图3  不同亚硫酸钠沉积量的4 mm缺陷镀锌层试样的氢渗透电流曲线(30℃, 80%RH)
Deposition amounts of Na2SO3 / g·cm-2 0 0.5×10-5 1.0×10-5
Maximum current density / μA·cm-2 0.773 1.118 1.991
Average current density / μA·cm-2 0.323 0.471 0.480
表3  不同亚硫酸钠沉积量的4 mm缺陷镀锌层氢试样的渗透电流密度最大值和平均值(30℃, 80%RH)
图4  不同亚硫酸钠沉积量的10 mm缺陷镀锌层试样的氢渗透电流曲线(30℃, 80%RH)
Deposition amounts of Na2SO3 / g·cm2 0 0.5×10-5 1.0×10-5
Maximum current density / μA·cm-2 0.092 1.704 2.959
Average current density / μA·cm-2 0.052 0.686 1.567
表4  不同亚硫酸钠沉积量的10 mm缺陷镀锌层试样的氢渗透电流密度最大值和平均值 (30℃, 80%RH)
Deposition amounts of Na2SO3 / g·cm-2 0 0.5×10-5 1.0×10-5
Without defect 0.091 0.108 0.145
4 mm defect 0.130 0.128 0.193
10 mm defect 0.025 0.388 0.911
表5  热镀锌钢材在不同环境条件下氢渗透电量(库仑)
图5  热浸镀锌钢材的应力-应变曲线
Type of test Tensile strength/MPa Elongation after fracture/% Change rate of elongation/%
B1 363.6 22.62 -
B2 364.1 22.18 -1.95
B3 367.2 21.71 -4.02
B4 365.0 21.15 -6.49
B5 361.4 20.91 -7.56
表6  热浸镀锌钢材的力学性能参数
图6  B1试样拉伸断口微观形貌
图7  B4试样的拉伸断口微观形貌
图8  B5试样拉伸断口微观形貌
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