ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดโหมดการทำงานร่วมกันใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่ามีการรองรับอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
เหล็ก 20MnTiB เป็นวัสดุสำหรับสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพของวัสดุนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่ปลอดภัยของสะพาน จากการสำรวจสภาพแวดล้อมในบรรยากาศในเมืองฉงชิ่ง การศึกษานี้ได้ออกแบบสารละลายกัดกร่อนโดยจำลองสภาพอากาศชื้นของเมืองฉงชิ่ง และดำเนินการทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงโดยจำลองสภาพอากาศชื้นของเมืองฉงชิ่ง ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง 20MnTiB
เหล็ก 20MnTiB เป็นวัสดุสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพการทำงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่ปลอดภัยของสะพาน Li et al. 1 ทดสอบคุณสมบัติของเหล็ก 20MnTiB ที่ใช้กันทั่วไปในสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงเกรด 10.9 ในช่วงอุณหภูมิสูง 20~700 ℃ และได้เส้นโค้งความเค้น-ความเครียด ความแข็งแรงการยืดหยุ่น ความแข็งแรงแรงดึง โมดูลัสของยัง และการยืดตัว และสัมประสิทธิ์การขยายตัว Zhang et al. 2, Hu et al. 3 ฯลฯ โดยผ่านการทดสอบองค์ประกอบทางเคมี การทดสอบคุณสมบัติเชิงกล การทดสอบโครงสร้างจุลภาค การวิเคราะห์ระดับมหภาคและจุลภาคของพื้นผิวเกลียว และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าสาเหตุหลักของการแตกหักของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องของเกลียว และการเกิดข้อบกพร่องของเกลียว ความเข้มข้นของความเค้นที่สูง ความเข้มข้นของความเค้นที่ปลายรอยแตกร้าว และสภาวะการกัดกร่อนในอากาศเปิด ล้วนนำไปสู่การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
โดยทั่วไปแล้วสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับสะพานเหล็กจะใช้เป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้นสูง อุณหภูมิสูง การตกตะกอนและการดูดซับสารอันตรายในสิ่งแวดล้อม สามารถทำให้โครงสร้างเหล็กกัดกร่อนได้ง่าย การกัดกร่อนอาจทำให้สูญเสียหน้าตัดของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องและรอยแตกจำนวนมาก และข้อบกพร่องและรอยแตกเหล่านี้จะขยายตัวต่อไป ส่งผลให้สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงมีอายุการใช้งานสั้นลง และอาจถึงขั้นแตกหักได้ จนถึงปัจจุบัน มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนในสิ่งแวดล้อมต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนตามความเค้นของวัสดุ Catar et al4 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนตามความเค้นของโลหะผสมแมกนีเซียมที่มีปริมาณอะลูมิเนียมต่างกันในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ด่าง และเป็นกลาง โดยทดสอบอัตราความเครียดช้า (SSRT) Abdel et al.5 ศึกษาพฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าและการกัดกร่อนตามความเค้นของโลหะผสม Cu10Ni ในสารละลาย NaCl 3.5% ที่มีซัลไฟด์ในความเข้มข้นต่างกัน ไอออน Aghion และคณะ6 ประเมินประสิทธิภาพการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อขึ้นรูป MRI230D ในสารละลาย NaCl 3.5% โดยการทดสอบการแช่ การทดสอบการพ่นเกลือ การวิเคราะห์โพลาไรเซชันแบบโพเทนชิโอไดนามิก และ SSRT Zhang และคณะ7 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของเหล็กมาร์เทนซิติก 9Cr โดยใช้ SSRT และเทคนิคการทดสอบไฟฟ้าเคมีแบบดั้งเดิม และได้ผลของไอออนคลอไรด์ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบสถิตของเหล็กมาร์เทนซิติกที่อุณหภูมิห้อง Chen และคณะ8 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นและกลไกการแตกร้าวของเหล็ก X70 ในสารละลายโคลนทะเลจำลองที่มี SRB ที่อุณหภูมิต่างๆ โดยใช้ SSRT Liu และคณะ9 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิและอัตราความเครียดแรงดึงต่อความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นของน้ำทะเลของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในช่วง 35~65℃ ไม่มี มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิม Lu et al. 10 ประเมินความไวต่อการแตกหักล่าช้าของตัวอย่างที่มีเกรดความแข็งแรงแรงดึงต่างกันโดยการทดสอบการแตกหักล่าช้าด้วยน้ำหนักตายและ SSRT มีข้อเสนอแนะว่าความแข็งแรงแรงดึงของเหล็ก 20MnTiB และเหล็ก 35VB ที่มีความแข็งแรงสูงควรได้รับการควบคุมที่ 1,040-1,190 MPa อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สารละลาย NaCl 3.5% ง่ายๆ เพื่อจำลองสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน ในขณะที่สภาพแวดล้อมการใช้งานจริงของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงนั้นซับซ้อนกว่าและมีปัจจัยที่มีอิทธิพลหลายประการ เช่น ค่า pH ของสลักเกลียว Ananya et al. 11 ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมและวัสดุในตัวกลางที่กัดกร่อนต่อการกัดกร่อนและการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเพล็กซ์ Sunada et al. 12 ได้ทำการทดสอบการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นที่อุณหภูมิห้องบนเหล็ก SUS304 ในสารละลายน้ำที่มี H2SO4 (0-5.5 kmol/m-3) และ NaCl (0-4.5 kmol/m-3) นอกจากนี้ ยังได้ศึกษาผลกระทบของ H2SO4 และ NaCl ต่อประเภทการกัดกร่อนของเหล็ก SUS304 ด้วย Merwe และคณะ13 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลกระทบของทิศทางการรีด อุณหภูมิ ความเข้มข้นของ CO2/CO แรงดันแก๊ส และเวลาการกัดกร่อนต่อความไวต่อการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กภาชนะรับแรงดัน A516 โดยใช้สารละลาย NS4 เป็นสารละลายจำลองน้ำใต้ดิน Ibrahim และคณะ14 ได้ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความเข้มข้นของไอออนไบคาร์บอเนต (HCO) ค่า pH และอุณหภูมิต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กท่อ API-X100 หลังจากการลอกเคลือบออก Shan และคณะ15 15 ศึกษาเกี่ยวกับกฎการเปลี่ยนแปลงของความอ่อนไหวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 00Cr18Ni10 ที่อุณหภูมิภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่แตกต่างกัน (30~250℃) ภายใต้สภาวะของตัวกลางน้ำดำในโรงงานจำลองถ่านหินเป็นไฮโดรเจนโดยใช้ SSRT Han et al.16 ระบุลักษณะความอ่อนไหวต่อการเปราะของไฮโดรเจนของตัวอย่างสลักที่มีความแข็งแรงสูงโดยใช้การทดสอบการแตกหักแบบล่าช้าด้วยแรงคงที่และ SSRT Zhao17 ศึกษาผลกระทบของ pH, SO42-, Cl-1 ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม GH4080A โดยใช้ SSRT ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าค่า pH ยิ่งต่ำลง ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม GH4080A จะแย่ลง มีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นที่ชัดเจนต่อ Cl-1 และไม่ไวต่อตัวกลางไอออนิก SO42- ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาน้อยมากเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อมต่อ สลักเกลียวแรงสูงเหล็ก 20MnTiB
เพื่อค้นหาสาเหตุของความล้มเหลวของสลักเกลียวแรงสูงที่ใช้ในสะพาน ผู้เขียนได้ดำเนินการศึกษาชุดหนึ่ง ได้ทำการเลือกตัวอย่างสลักเกลียวแรงสูง และได้อภิปรายถึงสาเหตุของความล้มเหลวของตัวอย่างเหล่านี้จากมุมมองขององค์ประกอบทางเคมี สัณฐานวิทยาการแตกหักในระดับจุลภาค โครงสร้างโลหะวิทยา และการวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกล19, 20 จากการตรวจสอบสภาพแวดล้อมในบรรยากาศในเมืองฉงชิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงได้ออกแบบแผนการกัดกร่อนโดยจำลองสภาพอากาศชื้นของเมืองฉงชิ่ง ได้ทำการทดลองการกัดกร่อนจากความเค้น การทดลองการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี และการทดลองการกัดกร่อนจากความล้าของสลักเกลียวแรงสูงในสภาพอากาศชื้นจำลองของเมืองฉงชิ่ง ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB โดยผ่านการทดสอบคุณสมบัติเชิงกล การวิเคราะห์การแตกหักในระดับมหภาคและจุลภาค และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนพื้นผิว
เมืองฉงชิ่งตั้งอยู่ในภาคตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน บริเวณตอนบนของแม่น้ำแยงซี มีภูมิอากาศแบบมรสุมกึ่งร้อนชื้น อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 16-18°C ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยทั้งปีส่วนใหญ่อยู่ที่ 70-80% ชั่วโมงแสงแดดทั้งปีอยู่ที่ 1,000-1,400 ชั่วโมง และมีเปอร์เซ็นต์แสงแดดเพียง 25-35% เท่านั้น
ตามรายงานที่เกี่ยวข้องกับแสงแดดและอุณหภูมิโดยรอบในฉงชิ่งระหว่างปี 2015 ถึง 2018 อุณหภูมิเฉลี่ยรายวันในฉงชิ่งต่ำถึง 17°C และสูงถึง 23°C อุณหภูมิสูงสุดบนตัวสะพานของสะพานเฉาเทียนเหมินในฉงชิ่งอาจสูงถึง 50°C 21,22°C ดังนั้น ระดับอุณหภูมิสำหรับการทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นจึงถูกกำหนดไว้ที่ 25°C และ 50°C
ค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนกำหนดปริมาณของ H+ โดยตรง แต่ไม่ได้หมายความว่าค่า pH ยิ่งต่ำ การกัดกร่อนจะเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น ผลกระทบของ pH ต่อผลลัพธ์จะแตกต่างกันไปตามวัสดุและสารละลายที่แตกต่างกัน เพื่อศึกษาผลกระทบของสารละลายจำลองการกัดกร่อนต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงได้ดีขึ้น จึงได้กำหนดค่า pH ของการทดลองการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นเป็น 3.5, 5.5 และ 7.5 ร่วมกับการวิจัยเอกสาร23 และช่วง pH ของน้ำฝนประจำปีในฉงชิ่ง ตั้งแต่ปี 2010 ถึง 2018
ยิ่งความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองสูงขึ้นเท่าใด ปริมาณไอออนในสารละลายกัดกร่อนจำลองก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และอิทธิพลต่อคุณสมบัติของวัสดุก็จะมากขึ้นเท่านั้น เพื่อศึกษาผลกระทบของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง จึงได้ทำการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งด้วยห้องปฏิบัติการเทียม และตั้งความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองไว้ที่ระดับ 4 โดยไม่กัดกร่อน ซึ่งก็คือความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม (1×), 20 × ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม (20 ×) และ 200 × ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม (200 ×)
สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ 25℃ ค่า pH 5.5 และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิมจะใกล้เคียงกับสภาพการใช้งานจริงของสลักยึดแรงสูงสำหรับสะพานมากที่สุด อย่างไรก็ตาม เพื่อเร่งกระบวนการทดสอบการกัดกร่อน สภาวะการทดลองที่มีอุณหภูมิ 25 °C ค่า pH 5.5 และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม 200 เท่าจึงถูกกำหนดเป็นกลุ่มควบคุมอ้างอิง เมื่อศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ ความเข้มข้น หรือค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักยึดแรงสูงตามลำดับ ปัจจัยอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งใช้เป็นระดับการทดลองของกลุ่มควบคุมอ้างอิง
ตามข้อมูลสรุปคุณภาพสภาพแวดล้อมในบรรยากาศปี 2010-2018 ที่ออกโดยสำนักงานนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อมเทศบาลนครฉงชิ่ง และอ้างอิงจากองค์ประกอบของปริมาณน้ำฝนที่รายงานใน Zhang24 และเอกสารอื่นๆ ที่รายงานในฉงชิ่ง ได้มีการออกแบบสารละลายกัดกร่อนจำลองโดยอาศัยการเพิ่มความเข้มข้นของ SO42 องค์ประกอบของปริมาณน้ำฝนในเขตเมืองหลักของฉงชิ่งในปี 2017 องค์ประกอบของสารละลายกัดกร่อนจำลองแสดงอยู่ในตารางที่ 1:
สารละลายการกัดกร่อนจำลองเตรียมโดยใช้วิธีการสมดุลความเข้มข้นของไอออนทางเคมีโดยใช้สารเคมีวิเคราะห์และน้ำกลั่น ค่า pH ของสารละลายการกัดกร่อนจำลองได้รับการปรับด้วยเครื่องวัดค่า pH ที่แม่นยำ สารละลายกรดไนตริก และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์
เพื่อจำลองสภาพอากาศชื้นในฉงชิ่ง เครื่องทดสอบการพ่นเกลือได้รับการดัดแปลงและออกแบบเป็นพิเศษ25 ดังที่แสดงในรูปที่ 1 อุปกรณ์ทดลองมี 2 ระบบ ได้แก่ ระบบพ่นเกลือและระบบแสงสว่าง ระบบพ่นเกลือเป็นฟังก์ชันหลักของอุปกรณ์ทดลอง ซึ่งประกอบด้วยส่วนควบคุม ส่วนพ่น และส่วนเหนี่ยวนำ ฟังก์ชันของส่วนพ่นคือการปั๊มละอองเกลือเข้าไปในห้องทดสอบผ่านเครื่องอัดอากาศ ส่วนเหนี่ยวนำประกอบด้วยองค์ประกอบการวัดอุณหภูมิซึ่งตรวจจับอุณหภูมิในห้องทดสอบ ส่วนควบคุมประกอบด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อส่วนพ่นและส่วนเหนี่ยวนำเพื่อควบคุมกระบวนการทดลองทั้งหมด ระบบแสงสว่างติดตั้งในห้องทดสอบการพ่นเกลือเพื่อจำลองแสงแดด ระบบแสงสว่างประกอบด้วยหลอดอินฟราเรดและตัวควบคุมเวลา ในเวลาเดียวกัน เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะติดตั้งในห้องทดสอบการพ่นเกลือเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิรอบๆ ตัวอย่างแบบเรียลไทม์
ตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้แรงเครียดภายใต้ภาระคงที่ได้รับการประมวลผลตาม NACETM0177-2005 (การทดสอบในห้องปฏิบัติการของการแตกร้าวจากแรงเครียดซัลไฟด์และความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้แรงเครียดของโลหะในสภาพแวดล้อม H2S) ตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้แรงเครียดได้รับการทำความสะอาดด้วยอะซิโตนและการทำความสะอาดเชิงกลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงก่อนเพื่อขจัดคราบน้ำมัน จากนั้นจึงทำให้แห้งด้วยแอลกอฮอล์และทำให้แห้งในเตาอบ จากนั้นนำตัวอย่างที่สะอาดใส่ในห้องทดสอบของอุปกรณ์ทดสอบการพ่นเกลือเพื่อจำลองสถานการณ์การกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีอากาศชื้นของเมืองฉงชิ่ง ตามมาตรฐาน NACETM0177-2005 และมาตรฐานการทดสอบการพ่นเกลือ GB/T 10,125-2012 เวลาทดสอบการกัดกร่อนภายใต้แรงเครียดภายใต้ภาระคงที่ในการศึกษานี้ถูกกำหนดอย่างสม่ำเสมอว่าอยู่ที่ 168 ชั่วโมง การทดสอบแรงดึงดำเนินการกับตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกันบนเครื่องทดสอบแรงดึงอเนกประสงค์ MTS-810 และคุณสมบัติเชิงกลและการแตกหักของตัวอย่างเหล่านี้ วิเคราะห์สัณฐานวิทยาของการกัดกร่อน
รูปที่ 1 แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาในระดับมหภาคและจุลภาคของการกัดกร่อนพื้นผิวของตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน 2 และ 3 ตามลำดับ
สัณฐานวิทยาในระดับมหภาคของตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน: (ก) ไม่มีการกัดกร่อน; (ข) 1 ครั้ง; (ค) 20 ×; (ง) 200 ×; (จ) pH3.5; (ฉ) pH 7.5; (ช) 50°C
จุลสัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (100×): (ก) 1 ครั้ง; (ข) 20 ×; (ค) 200 ×; (ง) pH3.5; (จ) pH7 .5; (ฉ) 50°C
จากรูปที่ 2a จะเห็นได้ว่าพื้นผิวของตัวอย่างสลักเกลียวแรงสูงที่ไม่ถูกกัดกร่อนนั้นมีความเงางามของโลหะสดใสโดยไม่มีการกัดกร่อนที่เห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขของสารกัดกร่อนจำลองเดิม (รูปที่ 2b) พื้นผิวของตัวอย่างถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีแทนและน้ำตาลแดงบางส่วน และบางพื้นที่บนพื้นผิวยังคงมีความเงางามของโลหะที่เห็นได้ชัด ซึ่งบ่งชี้ว่ามีเพียงบางพื้นที่บนพื้นผิวตัวอย่างเท่านั้นที่ถูกกัดกร่อนเล็กน้อย และสารกัดกร่อนจำลองไม่มีผลกระทบต่อพื้นผิวของตัวอย่าง คุณสมบัติของวัสดุมีผลกระทบเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม 20 เท่า (รูปที่ 2c) พื้นผิวของตัวอย่างสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงถูกปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีแทนจำนวนมากและการกัดกร่อนสีน้ำตาลแดงจำนวนเล็กน้อย ไม่พบความวาวของโลหะที่ชัดเจน และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำจำนวนเล็กน้อยใกล้กับพื้นผิวของพื้นผิวรอง และภายใต้เงื่อนไขความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม 200 เท่า (รูปที่ 2d) พื้นผิวของตัวอย่างถูกปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาล และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำปรากฏขึ้นในบางพื้นที่
เมื่อค่า pH ลดลงเหลือ 3.5 (รูปที่ 2e) ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนสีแทนจะมีมากที่สุดบนพื้นผิวของตัวอย่าง และผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนบางส่วนก็ถูกลอกออกไป
รูปที่ 2g แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C ปริมาณผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลแดงบนพื้นผิวของตัวอย่างจะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลสดจะปกคลุมพื้นผิวของตัวอย่างในพื้นที่ขนาดใหญ่ ชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนนั้นค่อนข้างหลวม และผลิตภัณฑ์สีน้ำตาลดำบางส่วนก็ถูกลอกออก
ไทย ดังแสดงในรูปที่ 3 ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างการกัดกร่อนจากแรงดึงของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง 20MnTiB นั้นจะหลุดออกจากกันอย่างเห็นได้ชัด และความหนาของชั้นการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนจำลองที่เพิ่มขึ้น ภายใต้เงื่อนไขของสารละลายการกัดกร่อนจำลองเดิม (รูปที่ 3a) ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกเป็นสองชั้น: ชั้นนอกสุดของผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนกระจายอย่างสม่ำเสมอ แต่มีรอยแตกร้าวจำนวนมากปรากฏขึ้น ชั้นในเป็นกลุ่มผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนที่หลวม ภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนจำลองเดิม 20 เท่า (รูปที่ 3b) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกเป็นสามชั้น: ชั้นนอกสุดส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนแบบคลัสเตอร์ที่กระจัดกระจาย ซึ่งหลวมและมีรูพรุน และไม่มีประสิทธิภาพในการป้องกันที่ดี ชั้นกลางเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่สม่ำเสมอ แต่มีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัด และไอออนของการกัดกร่อนสามารถผ่านรอยแตกร้าวและกัดกร่อนพื้นผิวได้ ชั้นในเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีผลการปกป้องพื้นผิวที่ดี ภายใต้เงื่อนไขความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนจำลองเดิม 200 เท่า (รูปที่ 3c) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกได้เป็นสามชั้น ชั้นนอกสุดเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่บางและสม่ำเสมอ ชั้นกลางเป็นชั้นการกัดกร่อนรูปกลีบดอกและรูปเกล็ดเป็นหลัก ชั้นในเป็นชั้นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยแตกร้าวและรูที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีผลการปกป้องพื้นผิวที่ดี
จากรูปที่ 3d จะเห็นได้ว่าในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่มีค่า pH 3.5 จะมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนแบบจับตัวเป็นก้อนหรือเป็นเข็มจำนวนมากอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างสลักที่มีความแข็งแรงสูง 20MnTiB คาดการณ์ว่าผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็น γ-FeOOH และมี α-FeOOH เชื่อมติดกันจำนวนเล็กน้อย26 และชั้นการกัดกร่อนมีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัด
จากรูปที่ 3f จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C จะไม่พบชั้นสนิมภายในที่หนาแน่นอย่างเห็นได้ชัดในโครงสร้างของชั้นการกัดกร่อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีช่องว่างระหว่างชั้นการกัดกร่อนที่อุณหภูมิ 50 °C ซึ่งทำให้พื้นผิวไม่ถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์ ช่วยปกป้องพื้นผิวจากแนวโน้มการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น
คุณสมบัติทางกลของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงภายใต้การกัดกร่อนภายใต้แรงดึงคงที่ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนที่แตกต่างกันแสดงอยู่ในตารางที่ 2:
จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB ยังคงตรงตามข้อกำหนดมาตรฐานหลังจากการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งด้วยวงจรแห้ง-เปียกในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน แต่มีความเสียหายบางอย่างเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่กัดกร่อนตัวอย่างที่ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม คุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ที่ความเข้มข้น 20× หรือ 200× ของสารละลายจำลอง การยืดตัวของตัวอย่างลดลงอย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติเชิงกลคล้ายกันที่ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม 20× และ 200× เมื่อค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลองลดลงเหลือ 3.5 ความแข็งแรงแรงดึงและการยืดตัวของตัวอย่างลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 50°C ความแข็งแรงแรงดึงและการยืดตัวจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และอัตราการหดตัวในพื้นที่ใกล้เคียงกันมาก ไปสู่ค่ามาตรฐาน
รูปที่ 4 แสดงลักษณะสัณฐานวิทยาการแตกหักของตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ซึ่งได้แก่ ลักษณะสัณฐานวิทยาโดยรวมของรอยแตก โซนเส้นใยที่อยู่ตรงกลางของรอยแตก ขอบลักษณะสัณฐานวิทยาจุลภาคของอินเทอร์เฟซแรงเฉือน และพื้นผิวของตัวอย่าง
สัณฐานวิทยาการแตกหักในระดับมหภาคและจุลภาคของตัวอย่างสลักความแข็งแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (500×): (ก) ไม่มีการกัดกร่อน; (ข) 1 ครั้ง; (ค) 20 ×; (ง) 200 ×; (จ) pH3.5; (ฉ) pH7.5; (ช) 50°C
ไทย จากรูปที่ 4 จะเห็นได้ว่าการแตกหักของตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเครียดของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกันนั้นมีลักษณะเป็นรอยแตกแบบถ้วย-กรวยทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างที่ไม่ได้ถูกกัดกร่อน (รูปที่ 4a) พื้นที่ตรงกลางของรอยแตกร้าวในบริเวณเส้นใยนั้นค่อนข้างเล็ก พื้นที่ริมฝีปากเฉือนมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกลของวัสดุได้รับความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการกัดกร่อน เมื่อความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนจำลองเพิ่มขึ้น หลุมในบริเวณเส้นใยที่อยู่ตรงกลางของรอยแตกก็เพิ่มขึ้น และรอยฉีกขาดที่ชัดเจนก็ปรากฏขึ้น เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าของสารละลายการกัดกร่อนจำลองเดิม หลุมการกัดกร่อนที่ชัดเจนก็ปรากฏขึ้นที่อินเทอร์เฟซระหว่างขอบริมฝีปากเฉือนและพื้นผิวของตัวอย่าง และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมากบนพื้นผิวตัวอย่าง
จากรูปที่ 3 อนุมานได้ว่ามีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัดในชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่าง ซึ่งไม่มีผลการป้องกันที่ดีต่อเมทริกซ์ ในสารละลายจำลองการกัดกร่อนที่มีค่า pH 3.5 (รูปที่ 4e) พื้นผิวของตัวอย่างถูกกัดกร่อนอย่างรุนแรง และพื้นที่เส้นใยตรงกลางมีขนาดเล็กอย่างเห็นได้ชัด มีรอยฉีกขาดที่ไม่สม่ำเสมอจำนวนมากที่บริเวณกึ่งกลางของพื้นที่เส้นใย เมื่อค่า pH ของสารละลายจำลองการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น โซนการฉีกขาดในบริเวณเส้นใยตรงกลางรอยแตกจะลดลง หลุมจะค่อยๆ ลดลง และความลึกของหลุมก็ค่อยๆ ลดลงเช่นกัน
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C (รูปที่ 4g) พื้นที่ขอบเฉือนของรอยแตกของตัวอย่างจะใหญ่ที่สุด หลุมในบริเวณเส้นใยกลางเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และความลึกของหลุมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และส่วนต่อประสานระหว่างขอบขอบเฉือนและพื้นผิวตัวอย่างก็เพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและหลุมเพิ่มขึ้น ซึ่งยืนยันแนวโน้มการกัดกร่อนของพื้นผิวที่ลึกขึ้นซึ่งสะท้อนให้เห็นในรูปที่ 3f
ค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจะทำให้คุณสมบัติเชิงกลของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB เสียหายบางส่วน แต่ผลกระทบไม่รุนแรง ในสารละลายกัดกร่อน pH 3.5 ผลิตภัณฑ์กัดกร่อนแบบตกตะกอนหรือแบบเข็มจำนวนมากจะกระจายอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่าง และชั้นกัดกร่อนจะมีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัด ซึ่งไม่สามารถสร้างการป้องกันพื้นผิวได้ดี และยังมีหลุมกัดกร่อนที่เห็นได้ชัดและผลิตภัณฑ์กัดกร่อนจำนวนมากในสัณฐานวิทยาจุลภาคของรอยแตกของตัวอย่าง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความสามารถของตัวอย่างในการต้านทานการเสียรูปจากแรงภายนอกลดลงอย่างมีนัยสำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีกรด และระดับแนวโน้มการกัดกร่อนจากความเค้นของวัสดุเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
การจำลองการกัดกร่อนแบบเดิมมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง แต่เมื่อความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนแบบจำลองเพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าของสารละลายการกัดกร่อนแบบจำลองเดิม คุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างจึงได้รับความเสียหายอย่างมาก และมีการกัดกร่อนที่ชัดเจนในโครงสร้างจุลภาคของรอยแตก หลุม รอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นรอง และผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนจำนวนมาก เมื่อความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนแบบจำลองเพิ่มขึ้นจาก 20 เท่าเป็น 200 เท่าของความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนแบบจำลองเดิม ผลของความเข้มข้นของสารละลายการกัดกร่อนต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุจะลดลง
เมื่ออุณหภูมิการกัดกร่อนจำลองอยู่ที่ 25℃ ความแข็งแรงผลผลิตและความแข็งแรงแรงดึงของตัวอย่างสลักยึดแรงสูง 20MnTiB จะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่ถูกกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ภายใต้อุณหภูมิสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่ 50 °C ความแข็งแรงแรงดึงและการยืดตัวของตัวอย่างลดลงอย่างมีนัยสำคัญ อัตราการหดตัวของส่วนใกล้เคียงกับค่ามาตรฐาน ริมฝีปากเฉือนแตกหักมีขนาดใหญ่ที่สุด และมีรอยบุ๋มในบริเวณเส้นใยตรงกลาง เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความลึกของหลุมเพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและหลุมกัดกร่อนเพิ่มขึ้น สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบเสริมฤทธิ์กันของอุณหภูมิมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติเชิงกลของสลักยึดแรงสูง ซึ่งไม่ชัดเจนที่อุณหภูมิห้อง แต่มีความสำคัญมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิถึง 50 °C
หลังจากการทดสอบการกัดกร่อนเร่งความเร็วในอาคารที่จำลองสภาพแวดล้อมในบรรยากาศในเมืองฉงชิ่ง ความแข็งแรงแรงดึง ความแข็งแรงการยืดตัว การยืดตัว และพารามิเตอร์อื่นๆ ของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB ลดลง และเกิดความเสียหายจากความเค้นอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากวัสดุอยู่ภายใต้ความเค้น จึงเกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนเร่งความเร็วในบริเวณที่เฉพาะเจาะจง และเนื่องจากผลรวมของความเข้มข้นของความเค้นและหลุมกัดกร่อน จึงทำให้สลักเกลียวแรงสูงได้รับความเสียหายจากพลาสติกอย่างเห็นได้ชัด ลดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปจากแรงภายนอก และเพิ่มแนวโน้มของการกัดกร่อนจากความเค้น
Li, G., Li, M., Yin, Y. และ Jiang, S. การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของสลักเกลียวแรงสูงที่ทำจากเหล็ก 20MnTiB ที่อุณหภูมิสูง ขากรรไกร วิศวกรรมโยธา J. 34, 100–105 (2001)
Hu, J., Zou, D. และ Yang, Q. การวิเคราะห์ความล้มเหลวของการแตกหักของสลักเกลียวแรงสูงเหล็ก 20MnTiB สำหรับราง การอบด้วยความร้อน โลหะ 42, 185–188 (2017)
Catar, R. & Altun, H. พฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นของโลหะผสม Mg-Al-Zn ภายใต้สภาวะ pH ที่แตกต่างกันโดยวิธี SSRT Open.Chemical.17, 972–979 (2019)
Nazer, AA et al. ผลของไกลซีนต่อพฤติกรรมการแตกร้าวทางเคมีไฟฟ้าและการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม Cu10Ni ในน้ำเกลือที่ปนเปื้อนซัลไฟด์ วิศวกรรมอุตสาหการ เคมี อ่างเก็บน้ำ 50, 8796–8802 (2011)
Aghion, E. & Lulu, N. คุณสมบัติการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อแบบ MRI230D ในสารละลาย NaCl 3.5% ที่อิ่มตัวด้วย Mg(OH)2 alma mater.characteristic.61, 1221–1226 (2010)
Zhang, Z., Hu, Z. และ Preet, MS อิทธิพลของไอออนคลอไรด์ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบสถิตและความเค้นของเหล็กมาร์เทนซิติก 9Cr surf.Technology.48, 298–304 (2019)
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. และ Song, B. ผลเสริมฤทธิ์กันของ SRB และอุณหภูมิต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็ก X70 ในสารละลายโคลนทะเลเทียม J. Chin.Socialist Party.coros.Pro.39, 477–484 (2019)
Liu, J., Zhang, Y. และ Yang, S. พฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิม 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ในน้ำทะเล ฟิสิกส์ สอบ ข้อสอบ 36, 1-5 (2018)
Lu, C. การศึกษาการแตกหักแบบล่าช้าของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงของสะพาน.โรงเรียนวิชาการ.รถไฟ.วิทยาศาสตร์.2, 10369 (2019).
Ananya, B. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของสเตนเลสดูเพล็กซ์ในสารละลายกัดกร่อน วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก แอตแลนตา จอร์เจีย สหรัฐอเมริกา: สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย 137–8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. และ Sugimoto, K. ผลของความเข้มข้นของ H2SO4 และ naci ต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม SUS304 ในสารละลายน้ำ H2SO4-NaCl alma mater.trans.47, 364–370 (2549)
Merwe, JWVD อิทธิพลของสภาพแวดล้อมและวัสดุต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเหล็กในสารละลาย H2O/CO/CO2 Inter Milan.J. Koros.2012, 1-13 (2012).
Ibrahim, M. และ Akram A. ผลของไบคาร์บอเนต อุณหภูมิ และค่า pH ต่อการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยของเหล็กท่อ API-X100 ในสารละลายน้ำใต้ดินจำลอง ใน IPC 2014-33180
Shan, G., Chi, L., Song, X., Huang, X. & Qu, D. ผลของอุณหภูมิต่อความอ่อนไหวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 18, 42–44 (2018)
Han, S. พฤติกรรมการแตกหักที่ล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจนของเหล็กกล้าตัวยึดที่มีความแข็งแรงสูงหลายชนิด (มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคุนหมิง, 2014)
Zhao, B., Zhang, Q. และ Zhang, M. กลไกการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม GH4080A สำหรับตัวยึด cross.companion Hey.treat.41, 102–110 (2020)