ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจะแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
เหล็กกล้า 20MnTiB เป็นวัสดุสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานสะพานอย่างปลอดภัย จากการสำรวจสภาพแวดล้อมทางอากาศในฉงชิง งานวิจัยนี้ได้ออกแบบสารละลายกัดกร่อนที่จำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิง และทำการทดสอบการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่จำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิง โดยศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB
เหล็กกล้า 20MnTiB เป็นวัสดุสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานสะพานอย่างปลอดภัย Li et al. 1 ได้ทดสอบคุณสมบัติของเหล็กกล้า 20MnTiB ที่ใช้กันทั่วไปในสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเกรด 10.9 ในช่วงอุณหภูมิสูง 20~700 ℃ และได้เส้นโค้งความเค้น-ความเครียด ความแข็งแรงคราก ความแข็งแรงดึง โมดูลัสของยัง การยืดตัว และสัมประสิทธิ์การขยายตัว Zhang et al. 2, Hu et al. 3 และคณะ ได้ทำการทดสอบองค์ประกอบทางเคมี การทดสอบคุณสมบัติทางกล การทดสอบโครงสร้างจุลภาค การวิเคราะห์พื้นผิวเกลียวทั้งในระดับมหภาคและจุลภาค และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าสาเหตุหลักของการแตกหักของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงนั้นเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องของเกลียว และการเกิดข้อบกพร่องของเกลียวทำให้เกิดความเค้นสูง ความเข้มข้นของความเค้นที่ปลายรอยแตก และสภาวะการกัดกร่อนในอากาศเปิด ซึ่งทั้งหมดนำไปสู่การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
สลักเกลียวความแข็งแรงสูงสำหรับสะพานเหล็กมักถูกใช้งานเป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง ปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้นสูง อุณหภูมิสูง และการตกตะกอนและการดูดซับสารอันตรายในสิ่งแวดล้อม สามารถทำให้โครงสร้างเหล็กเกิดการกัดกร่อนได้ง่าย การกัดกร่อนสามารถทำให้หน้าตัดของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงลดลง ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องและรอยแตกจำนวนมาก และข้อบกพร่องและรอยแตกเหล่านี้จะขยายตัวต่อไป ทำให้ลดอายุการใช้งานของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงและอาจทำให้สลักเกลียวแตกหักได้ จนถึงปัจจุบัน มีการศึกษามากมายเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อมต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของวัสดุ Catar et al.4 ได้ตรวจสอบพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของโลหะผสมแมกนีเซียมที่มีปริมาณอะลูมิเนียมต่างกันในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ด่าง และเป็นกลางโดยใช้การทดสอบอัตราความเครียดช้า (SSRT) Abdel et al.5 ศึกษาพฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าและภายใต้ความเค้นของโลหะผสม Cu10Ni ในสารละลาย NaCl 3.5% ในที่ที่มีไอออนซัลไฟด์ความเข้มข้นต่างกัน Aghion et al. al.6 ประเมินประสิทธิภาพการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อขึ้นรูป MRI230D ในสารละลาย NaCl 3.5% โดยใช้การทดสอบการแช่ การทดสอบการพ่นเกลือ การวิเคราะห์โพเทนชิโอไดนามิกโพลาไรเซชัน และ SSRT Zhang et al.7 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้ามาเทนซิติก 9Cr โดยใช้ SSRT และเทคนิคการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแบบดั้งเดิม และได้ผลของไอออนคลอไรด์ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบสถิตของเหล็กกล้ามาเทนซิติกที่อุณหภูมิห้อง Chen et al.8 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นและกลไกการแตกร้าวของเหล็กกล้า X70 ในสารละลายโคลนทะเลจำลองที่มี SRB ที่อุณหภูมิต่างๆ โดยใช้ SSRT Liu et al.9 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิและอัตราความเครียดดึงต่อความต้านทานการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นในน้ำทะเลของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์ 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในช่วง 35~65℃ ไม่มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อความเค้น พฤติกรรมการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม Lu et al. 10 ประเมินความไวต่อการแตกหักล่าช้าของตัวอย่างที่มีระดับความแข็งแรงดึงต่างกันโดยใช้การทดสอบการแตกหักล่าช้าแบบรับน้ำหนักคงที่และ SSRT แนะนำว่าความแข็งแรงดึงของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ทำจากเหล็ก 20MnTiB และเหล็ก 35VB ควรควบคุมไว้ที่ 1040-1190 MPa อย่างไรก็ตาม การศึกษาส่วนใหญ่เหล่านี้ใช้สารละลาย NaCl 3.5% อย่างง่ายเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมการกัดกร่อน ในขณะที่สภาพแวดล้อมการใช้งานจริงของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงนั้นซับซ้อนกว่าและมีปัจจัยที่มีอิทธิพลหลายอย่าง เช่น ค่า pH ของสลักเกลียว Ananya et al. 11 ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์สิ่งแวดล้อมและวัสดุในตัวกลางกัดกร่อนต่อการกัดกร่อนและการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ Sunada et al. 12 ได้ทำการทดสอบการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นที่อุณหภูมิห้องบนเหล็กกล้า SUS304 ในสารละลายที่มี H2SO4 (0-5.5 kmol/m-3) และ NaCl (0-4.5 kmol/m-3) นอกจากนี้ยังได้ศึกษาผลกระทบของ H2SO4 และ NaCl ต่อประเภทการกัดกร่อนของเหล็กกล้า SUS304 ด้วย Merwe et al.13 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลกระทบของทิศทางการรีด อุณหภูมิ ความเข้มข้นของ CO2/CO ความดันก๊าซ และเวลาการกัดกร่อนต่อความไวต่อการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าภาชนะรับแรงดัน A516 Ibrahim et al.14 ใช้สารละลาย NS4 เป็นสารละลายจำลองน้ำบาดาลเพื่อตรวจสอบผลกระทบของพารามิเตอร์สิ่งแวดล้อม เช่น ความเข้มข้นของไอออนไบคาร์บอเนต (HCO) ค่า pH และอุณหภูมิ ต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าท่อ API-X100 หลังจากลอกสารเคลือบออก Shan et al. งานวิจัยที่ 15 ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกฎความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก 00Cr18Ni10 ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่แตกต่างกัน (30~250℃) ภายใต้สภาวะของตัวกลางน้ำดำในโรงงานจำลองการผลิตไฮโดรเจนจากถ่านหินโดยใช้ SSRT Han และคณะ16 ศึกษาลักษณะความไวต่อการเปราะของไฮโดรเจนของตัวอย่างสลักเกลียวความแข็งแรงสูงโดยใช้การทดสอบการแตกหักล่าช้าภายใต้ภาระคงที่และ SSRT Zhao17 ศึกษาผลกระทบของ pH, SO42-, Cl-1 ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของโลหะผสม GH4080A โดยใช้ SSRT ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่ายิ่งค่า pH ต่ำ ความต้านทานต่อการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของโลหะผสม GH4080A ก็ยิ่งแย่ลง มีความไวต่อการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นต่อ Cl-1 อย่างชัดเจน และไม่ไวต่อตัวกลางไอออน SO42- ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาน้อยมากเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อมต่อเหล็กกล้า 20MnTiB สลักเกลียวความแข็งแรงสูง
เพื่อค้นหาสาเหตุของการชำรุดของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ใช้ในสะพาน ผู้เขียนได้ทำการศึกษาหลายชุด โดยได้เลือกตัวอย่างสลักเกลียวความแข็งแรงสูง และได้วิเคราะห์สาเหตุของการชำรุดของตัวอย่างเหล่านี้จากมุมมองขององค์ประกอบทางเคมี ลักษณะการแตกหักระดับจุลภาค โครงสร้างทางโลหะวิทยา และการวิเคราะห์คุณสมบัติทางกล19, 20 จากการสำรวจสภาพแวดล้อมในบรรยากาศของฉงชิงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการออกแบบแผนการกัดกร่อนที่จำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิง และได้ทำการทดลองการกัดกร่อนภายใต้ความเค้น การทดลองการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมี และการทดลองความล้าจากการกัดกร่อนของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงในสภาพอากาศชื้นจำลองของฉงชิง ในการศึกษานี้ ได้ทำการตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ผ่านการทดสอบคุณสมบัติทางกล การวิเคราะห์การแตกหักระดับมหภาคและจุลภาค และพื้นผิว ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน
ฉงชิ่งตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน บริเวณต้นน้ำของแม่น้ำแยงซี และมีสภาพภูมิอากาศแบบมรสุมกึ่งเขตร้อนชื้น อุณหภูมิเฉลี่ยต่อปีอยู่ที่ 16-18 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยต่อปีส่วนใหญ่อยู่ที่ 70-80% ชั่วโมงแสงแดดเฉลี่ยต่อปีอยู่ที่ 1000-1400 ชั่วโมง และเปอร์เซ็นต์แสงแดดอยู่ที่เพียง 25-35%
จากรายงานเกี่ยวกับแสงแดดและอุณหภูมิแวดล้อมในฉงชิงระหว่างปี 2015 ถึง 2018 พบว่าอุณหภูมิเฉลี่ยรายวันในฉงชิงต่ำสุดอยู่ที่ 17°C และสูงสุดอยู่ที่ 23°C อุณหภูมิสูงสุดบนตัวสะพานเฉาเทียนเหมินในฉงชิงอาจสูงถึง 50°C21,22 ดังนั้น ระดับอุณหภูมิสำหรับการทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นจึงถูกกำหนดไว้ที่ 25°C และ 50°C
ค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนจะกำหนดปริมาณ H+ โดยตรง แต่ไม่ได้หมายความว่ายิ่งค่า pH ต่ำ การกัดกร่อนจะเกิดขึ้นง่ายขึ้น ผลกระทบของ pH ต่อผลลัพธ์จะแตกต่างกันไปตามวัสดุและสารละลายที่แตกต่างกัน เพื่อศึกษาผลกระทบของสารละลายจำลองการกัดกร่อนต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงให้ดียิ่งขึ้น จึงได้กำหนดค่า pH ของการทดลองการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นไว้ที่ 3.5, 5.5 และ 7.5 โดยพิจารณาร่วมกับงานวิจัยในเอกสารอ้างอิง23 และช่วงค่า pH ของน้ำฝนรายปีในฉงชิงระหว่างปี 2010 ถึง 2018
ยิ่งความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนสูงขึ้นเท่าใด ปริมาณไอออนในสารละลายจำลองการกัดกร่อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และจะมีผลกระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุมากขึ้นเท่านั้น เพื่อศึกษาผลกระทบของความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง จึงได้ทำการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งในห้องปฏิบัติการ โดยกำหนดความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนไว้ที่ระดับ 4 ซึ่งไม่เกิดการกัดกร่อน ได้แก่ ความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม (1×), ความเข้มข้น 20 เท่าของความเข้มข้นดั้งเดิม (20×) และความเข้มข้น 200 เท่าของความเข้มข้นดั้งเดิม (200×)
สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ 25℃ ค่า pH 5.5 และความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิมนั้นใกล้เคียงกับสภาวะการใช้งานจริงของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงสำหรับสะพานมากที่สุด อย่างไรก็ตาม เพื่อเร่งกระบวนการทดสอบการกัดกร่อน เงื่อนไขการทดลองที่มีอุณหภูมิ 25 °C ค่า pH 5.5 และความเข้มข้น 200 เท่าของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิมถูกกำหนดให้เป็นกลุ่มควบคุมอ้างอิง เมื่อทำการตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิ ความเข้มข้น หรือค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง โดยที่ปัจจัยอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งใช้เป็นระดับการทดลองของกลุ่มควบคุมอ้างอิง
ตามรายงานสรุปคุณภาพสิ่งแวดล้อมทางอากาศปี 2010-2018 ที่ออกโดยสำนักงานนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อมเทศบาลนครฉงชิง และอ้างอิงจากส่วนประกอบของปริมาณน้ำฝนที่รายงานใน Zhang24 และเอกสารอื่นๆ ที่รายงานในฉงชิง ได้มีการออกแบบสารละลายจำลองการกัดกร่อนโดยอิงจากการเพิ่มความเข้มข้นของ SO42- องค์ประกอบของปริมาณน้ำฝนในเขตเมืองหลักของฉงชิงในปี 2017 องค์ประกอบของสารละลายจำลองการกัดกร่อนแสดงในตารางที่ 1:
สารละลายจำลองการกัดกร่อนถูกเตรียมโดยวิธีสมดุลความเข้มข้นของไอออนทางเคมี โดยใช้สารเคมีเกรดวิเคราะห์และน้ำกลั่น ค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนถูกปรับด้วยเครื่องวัด pH ที่มีความแม่นยำสูง สารละลายกรดไนตริก และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์
เพื่อจำลองสภาพอากาศชื้นในฉงชิง เครื่องทดสอบการพ่นละอองเกลือจึงได้รับการดัดแปลงและออกแบบเป็นพิเศษ25 ดังแสดงในรูปที่ 1 อุปกรณ์ทดลองประกอบด้วยสองระบบ ได้แก่ ระบบพ่นละอองเกลือและระบบแสงสว่าง ระบบพ่นละอองเกลือเป็นหน้าที่หลักของอุปกรณ์ทดลอง ซึ่งประกอบด้วยส่วนควบคุม ส่วนพ่น และส่วนเหนี่ยวนำ หน้าที่ของส่วนพ่นคือการปั๊มละอองเกลือเข้าไปในห้องทดสอบผ่านคอมเพรสเซอร์อากาศ ส่วนเหนี่ยวนำประกอบด้วยองค์ประกอบวัดอุณหภูมิ ซึ่งตรวจจับอุณหภูมิในห้องทดสอบ ส่วนควบคุมประกอบด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ ซึ่งเชื่อมต่อส่วนพ่นและส่วนเหนี่ยวนำเพื่อควบคุมกระบวนการทดลองทั้งหมด ระบบแสงสว่างติดตั้งอยู่ในห้องทดสอบการพ่นละอองเกลือเพื่อจำลองแสงแดด ระบบแสงสว่างประกอบด้วยหลอดอินฟราเรดและตัวควบคุมเวลา ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิก็ติดตั้งอยู่ในห้องทดสอบการพ่นละอองเกลือเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิรอบตัวอย่างแบบเรียลไทม์
ตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้ภาระคงที่ถูกเตรียมตามมาตรฐาน NACETM0177-2005 (การทดสอบในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับการแตกร้าวจากความเค้นของซัลไฟด์และความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของโลหะในสภาพแวดล้อม H2S) ตัวอย่างการกัดกร่อนถูกทำความสะอาดด้วยอะซิโตนและเครื่องทำความสะอาดเชิงกลอัลตราโซนิกเพื่อขจัดคราบน้ำมัน จากนั้นจึงทำให้แห้งด้วยแอลกอฮอล์และอบแห้งในเตาอบ จากนั้นจึงนำตัวอย่างที่สะอาดไปใส่ในห้องทดสอบของเครื่องทดสอบการพ่นเกลือเพื่อจำลองสถานการณ์การกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงของเมืองฉงชิง ตามมาตรฐาน NACETM0177-2005 และมาตรฐานการทดสอบการพ่นเกลือ GB/T 10,125-2012 เวลาในการทดสอบการกัดกร่อนภายใต้ภาระคงที่ในงานวิจัยนี้กำหนดไว้ที่ 168 ชั่วโมง ทำการทดสอบแรงดึงกับตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกันโดยใช้เครื่องทดสอบแรงดึงอเนกประสงค์ MTS-810 และตรวจสอบคุณสมบัติทางกลและการแตกหักจากการกัดกร่อน มีการวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานวิทยา
รูปที่ 1 แสดงสัณฐานวิทยาในระดับมหภาคและจุลภาคของการกัดกร่อนบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน 2 และ 3 ตามลำดับ
ลักษณะทางมหภาคของชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน: (a) ไม่มีการกัดกร่อน; (b) 1 ครั้ง; (c) 20 ครั้ง; (d) 200 ครั้ง; (e) pH 3.5; (f) pH 7.5; (g) 50°C
ลักษณะทางจุลภาคของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (100×): (a) 1 ครั้ง; (b) 20 เท่า; (c) 200 เท่า; (d) pH 3.5; (e) pH 7.5; (f) 50°C
จากรูปที่ 2a จะเห็นได้ว่าพื้นผิวของชิ้นงานสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ไม่เกิดการกัดกร่อนนั้นมีประกายโลหะที่สดใสโดยไม่มีการกัดกร่อนที่เห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม (รูปที่ 2b) พื้นผิวของชิ้นงานถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลอ่อนและสีน้ำตาลแดงบางส่วน และบางพื้นที่ของพื้นผิวยังคงแสดงประกายโลหะที่เห็นได้ชัด ซึ่งบ่งชี้ว่ามีเพียงบางพื้นที่ของพื้นผิวชิ้นงานเท่านั้นที่เกิดการกัดกร่อนเล็กน้อย และสารละลายจำลองการกัดกร่อนไม่มีผลต่อพื้นผิวของชิ้นงาน คุณสมบัติของวัสดุมีผลกระทบน้อย อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อน 20 เท่าของความเข้มข้นเดิม (รูปที่ 2c) พื้นผิวของชิ้นงานทดสอบสลักเกลียวความแข็งแรงสูงถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลอ่อนจำนวนมากและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลแดงจำนวนเล็กน้อย ไม่พบความมันวาวของโลหะที่ชัดเจน และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำจำนวนเล็กน้อยอยู่ใกล้พื้นผิวของวัสดุ และภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อน 200 เท่าของความเข้มข้นเดิม (รูปที่ 2d) พื้นผิวของชิ้นงานถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลอย่างสมบูรณ์ และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำปรากฏขึ้นในบางพื้นที่
เมื่อค่า pH ลดลงเหลือ 3.5 (รูปที่ 2e) ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลอ่อนจะปรากฏอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างมากที่สุด และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบางส่วนก็หลุดลอกออกมา
รูปที่ 2g แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C ปริมาณของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลแดงบนพื้นผิวของตัวอย่างลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลสดใสปกคลุมพื้นผิวของตัวอย่างในบริเวณกว้าง ชั้นของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนค่อนข้างหลวม และผลิตภัณฑ์สีน้ำตาลดำบางส่วนหลุดลอกออกมา
ดังแสดงในรูปที่ 3 ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB มีลักษณะเป็นชั้นหลุดลอกอย่างเห็นได้ชัด และความหนาของชั้นการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น ภายใต้สภาวะของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม (รูปที่ 3a) ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนพื้นผิวของชิ้นงานสามารถแบ่งออกได้เป็นสองชั้น: ชั้นนอกสุดของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ แต่มีรอยแตกจำนวนมากปรากฏอยู่ ชั้นในเป็นกลุ่มของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่หลวม ภายใต้สภาวะของความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม 20 เท่า (รูปที่ 3b) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของชิ้นงานสามารถแบ่งออกได้เป็นสามชั้น: ชั้นนอกสุดส่วนใหญ่เป็นกลุ่มของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่กระจายตัว ซึ่งหลวมและมีรูพรุน และไม่มีประสิทธิภาพในการป้องกันที่ดี ชั้นกลางเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่สม่ำเสมอ แต่มีรอยแตกที่เห็นได้ชัด และไอออนการกัดกร่อนสามารถผ่านรอยแตกเหล่านั้นและกัดกร่อนพื้นผิวได้ ชั้นในสุดเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยแตกที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีผลในการปกป้องพื้นผิวได้ดี ภายใต้เงื่อนไขความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลอง 200 เท่าของความเข้มข้นเดิม (รูปที่ 3c) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกได้เป็นสามชั้น: ชั้นนอกสุดเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่บางและสม่ำเสมอ ชั้นกลางส่วนใหญ่เป็นการกัดกร่อนรูปกลีบดอกไม้และรูปเกล็ด ชั้นในสุดเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยแตกและรูที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีผลในการปกป้องพื้นผิวได้ดี
จากรูปที่ 3d จะเห็นได้ว่าในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่ pH 3.5 มีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่เป็นก้อนหรือคล้ายเข็มจำนวนมากบนพื้นผิวของตัวอย่างสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB คาดว่าผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็น γ-FeOOH และมี α-FeOOH ปะปนอยู่เล็กน้อย26 และชั้นการกัดกร่อนมีรอยแตกที่เห็นได้ชัด
จากรูปที่ 3f จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 50 °C ไม่พบชั้นสนิมหนาแน่นภายในที่ชัดเจนในโครงสร้างชั้นการกัดกร่อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีช่องว่างระหว่างชั้นการกัดกร่อนที่อุณหภูมิ 50 °C ทำให้พื้นผิวไม่ถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้มีการป้องกันแนวโน้มการกัดกร่อนของพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น
คุณสมบัติทางกลของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงภายใต้แรงกดคงที่และการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน แสดงอยู่ในตารางที่ 2:
จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่า คุณสมบัติทางกลของชิ้นงานสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานหลังจากการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งด้วยวัฏจักรแห้ง-เปียกในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน แต่มีร่องรอยความเสียหายอยู่บ้างเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ผ่านการกัดกร่อน ที่ความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม คุณสมบัติทางกลของชิ้นงานไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ที่ความเข้มข้น 20 เท่าหรือ 200 เท่าของสารละลายจำลอง การยืดตัวของชิ้นงานลดลงอย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติทางกลมีความคล้ายคลึงกันที่ความเข้มข้น 20 เท่าและ 200 เท่าของสารละลายการกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม เมื่อค่า pH ของสารละลายการกัดกร่อนจำลองลดลงเหลือ 3.5 ความแข็งแรงดึงและการยืดตัวของชิ้นงานลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 50°C ความแข็งแรงดึงและการยืดตัวลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และอัตราการหดตัวของพื้นที่ใกล้เคียงกับมาตรฐานมาก ค่า.
ภาพที่ 4 แสดงลักษณะการแตกหักของชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ซึ่งได้แก่ ลักษณะโดยรวมของการแตกหัก บริเวณเส้นใยตรงกลางของการแตกหัก ขอบของส่วนต่อประสานการเฉือนในระดับจุลภาค และพื้นผิวของชิ้นงาน
ลักษณะการแตกหักระดับมหภาคและจุลภาคของชิ้นงานสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (500×): (a) ไม่มีการกัดกร่อน; (b) 1 ครั้ง; (c) 20 เท่า; (d) 200 เท่า; (e) pH 3.5; (f) pH 7.5; (g) 50°C
จากรูปที่ 4 จะเห็นได้ว่าการแตกหักของชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นการแตกหักแบบถ้วย-กรวยทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ถูกกัดกร่อน (รูปที่ 4a) บริเวณตรงกลางของรอยแตกในบริเวณเส้นใยมีขนาดค่อนข้างเล็ก ในขณะที่บริเวณขอบเฉือนมีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกลของวัสดุได้รับความเสียหายอย่างมากหลังจากการกัดกร่อน เมื่อความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเพิ่มขึ้น หลุมกัดกร่อนในบริเวณเส้นใยตรงกลางของการแตกหักก็เพิ่มขึ้น และปรากฏรอยฉีกขาดที่ชัดเจน เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม หลุมกัดกร่อนที่ชัดเจนปรากฏขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างขอบเฉือนกับพื้นผิวของชิ้นงาน และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมากบนพื้นผิวของชิ้นงาน
จากรูปที่ 3d สรุปได้ว่ามีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัดในชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่าง ซึ่งไม่มีผลในการปกป้องเนื้อวัสดุที่ดี ในสารละลายจำลองการกัดกร่อนที่ pH 3.5 (รูปที่ 4e) พื้นผิวของตัวอย่างถูกกัดกร่อนอย่างรุนแรง และพื้นที่เส้นใยตรงกลางมีขนาดเล็กอย่างเห็นได้ชัด มีรอยฉีกขาดที่ไม่สม่ำเสมอจำนวนมากอยู่ตรงกลางพื้นที่เส้นใย เมื่อค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น บริเวณรอยฉีกขาดในพื้นที่เส้นใยตรงกลางรอยแตกจะลดลง หลุมจะค่อยๆ ลดลง และความลึกของหลุมก็ค่อยๆ ลดลงเช่นกัน
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 50 °C (รูปที่ 4g) บริเวณขอบเฉือนของรอยแตกของชิ้นงานมีขนาดใหญ่ที่สุด หลุมในบริเวณเส้นใยตรงกลางเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และความลึกของหลุมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และบริเวณรอยต่อระหว่างขอบเฉือนกับพื้นผิวของชิ้นงาน ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและหลุมก็เพิ่มขึ้น ซึ่งยืนยันแนวโน้มการกัดกร่อนของวัสดุพื้นฐานที่ลึกขึ้นดังที่แสดงในรูปที่ 3f
ค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจะทำให้คุณสมบัติทางกลของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB เสียหายบ้าง แต่ผลกระทบไม่มากนัก ในสารละลายกัดกร่อนที่มี pH 3.5 จะพบผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่เป็นก้อนหรือเป็นรูปเข็มจำนวนมากกระจายอยู่บนพื้นผิวของชิ้นงาน และชั้นการกัดกร่อนมีรอยแตกที่เห็นได้ชัด ซึ่งไม่สามารถสร้างการป้องกันที่ดีให้กับวัสดุพื้นฐานได้ นอกจากนี้ยังพบหลุมกัดกร่อนที่เห็นได้ชัดและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมากในลักษณะทางจุลภาคของรอยแตกของชิ้นงาน แสดงให้เห็นว่าความสามารถของชิ้นงานในการต้านทานการเสียรูปจากแรงภายนอกลดลงอย่างมากในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และแนวโน้มการกัดกร่อนจากความเค้นของวัสดุเพิ่มขึ้นอย่างมาก
สารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิมมีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเพียงเล็กน้อย แต่เมื่อความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม คุณสมบัติทางกลของตัวอย่างก็เสียหายอย่างมาก และพบการกัดกร่อนอย่างชัดเจนในโครงสร้างจุลภาคของการแตกหัก มีหลุม รอยแตกย่อย และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมาก เมื่อความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นจาก 20 เท่าเป็น 200 เท่าของความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนดั้งเดิม ผลกระทบของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนต่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุก็ลดลง
เมื่ออุณหภูมิจำลองการกัดกร่อนอยู่ที่ 25℃ ความแข็งแรงครากและความแข็งแรงดึงของชิ้นงานสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ถูกกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ภายใต้อุณหภูมิสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่ 50 °C ความแข็งแรงดึงและการยืดตัวของชิ้นงานลดลงอย่างมาก อัตราการหดตัวของหน้าตัดใกล้เคียงกับค่ามาตรฐาน ขอบเฉือนแตกหักมีขนาดใหญ่ที่สุด และมีรอยบุ๋มในบริเวณเส้นใยตรงกลางเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความลึกของหลุมกัดกร่อนเพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนและหลุมกัดกร่อนเพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบเสริมฤทธิ์กันของอุณหภูมิมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง ซึ่งไม่ชัดเจนที่อุณหภูมิห้อง แต่มีความสำคัญมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิถึง 50 °C
หลังจากทำการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งในอาคารจำลองสภาพแวดล้อมในบรรยากาศของเมืองฉงชิงแล้ว พบว่าความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงคราก การยืดตัว และพารามิเตอร์อื่นๆ ของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ลดลง และเกิดความเสียหายจากความเค้นอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากวัสดุอยู่ภายใต้ความเค้น จึงเกิดปรากฏการณ์เร่งการกัดกร่อนเฉพาะจุดอย่างมาก และเนื่องจากผลกระทบร่วมกันของการกระจุกตัวของความเค้นและหลุมกัดกร่อน จึงทำให้เกิดความเสียหายแบบพลาสติกอย่างเห็นได้ชัดต่อสลักเกลียวความแข็งแรงสูง ลดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปจากแรงภายนอก และเพิ่มแนวโน้มของการกัดกร่อนจากความเค้น
Li, G., Li, M., Yin, Y. และ Jiang, S. การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ทำจากเหล็ก 20MnTiB ที่อุณหภูมิสูง วารสารวิศวกรรมโยธา 34, 100–105 (2001)
Hu, J., Zou, D. และ Yang, Q. การวิเคราะห์ความล้มเหลวจากการแตกหักของสลักเกลียวเหล็กกล้า 20MnTiB ความแข็งแรงสูงสำหรับรางรถไฟ การอบชุบความร้อน โลหะ 42, 185–188 (2017)
Catar, R. & Altun, H. พฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของโลหะผสม Mg-Al-Zn ภายใต้สภาวะ pH ที่แตกต่างกันโดยวิธี SSRT Open.Chemical.17, 972–979 (2019)
Nazer, AA และคณะ ผลกระทบของไกลซีนต่อพฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีและความเค้นของโลหะผสม Cu10Ni ในน้ำเกลือปนเปื้อนซัลไฟด์ วิศวกรรมอุตสาหกรรม เคมี อ่างเก็บน้ำ 50, 8796–8802 (2011)
Aghion, E. & Lulu, N. คุณสมบัติการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อขึ้นรูป MRI230D ในสารละลาย NaCl 3.5% ที่อิ่มตัวด้วย Mg(OH)2.alma mater.character.61, 1221–1226 (2010)
Zhang, Z., Hu, Z. และ Preet, MS อิทธิพลของไอออนคลอไรด์ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบสถิตและแบบความเค้นของเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก 9Cr surf.Technology.48, 298–304 (2019)
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. & Song, B. ผลเสริมฤทธิ์ของ SRB และอุณหภูมิต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้า X70 ในสารละลายโคลนทะเลเทียม วารสารพรรคสังคมนิยมจีน การกัดกร่อน 39, 477–484 (2019)
Liu, J., Zhang, Y. และ Yang, S. พฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิม 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ในน้ำทะเล ฟิสิกส์.สอบ.ทดสอบ.36, 1-5 (2018)
Lu, C. การศึกษาการแตกหักล่าช้าของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงของสะพาน.jaw.Academic school.rail.science.2, 10369 (2019).
อนันยา, บี. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ในสารละลายด่าง วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก แอตแลนตา รัฐจอร์เจีย สหรัฐอเมริกา: สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย 137–8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. และ Sugimoto, K. ผลกระทบของความเข้มข้นของ H2SO4 และ NaCl ต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิม SUS304 ในสารละลาย H2SO4-NaCl alma mater.trans.47, 364–370 (2006)
Merwe, JWVD อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและวัสดุต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กในสารละลาย H2O/CO/CO2 Inter Milan.J. Koros.2012, 1-13 (2012)
Ibrahim, M. & Akram A. ผลกระทบของไบคาร์บอเนต อุณหภูมิ และ pH ต่อการเกิดชั้นฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กกล้าท่อส่ง API-X100 ในสารละลายน้ำบาดาลจำลอง ใน IPC 2014-33180
Shan, G., Chi, L., Song, X., Huang, X. & Qu, D. ผลของอุณหภูมิที่มีต่อความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก coro.be opposed to.Technology.18, 42–44 (2018)
Han, S. พฤติกรรมการแตกหักล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจนของเหล็กกล้าสำหรับยึดที่มีความแข็งแรงสูงหลายชนิด (มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคุนหมิง, 2014)
Zhao, B., Zhang, Q. และ Zhang, M. กลไกการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม GH4080A สำหรับตัวยึด cross.companion.Hey.treat.41, 102–110 (2020)