Comportamento de rachadura por corrosão sob tensão de 20MnTiB alto

Scientific Reports volume 11, Número do artigo: 23894 (2021) Citar este artigo

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O aço 20MnTiB é o material de parafuso de alta resistência mais amplamente utilizado para pontes de estrutura de aço na China, e seu desempenho é de grande importância para a operação segura de pontes. Com base na investigação do ambiente atmosférico em Chongqing nos últimos anos, a solução de corrosão para simular o clima úmido de Chongqing foi projetada neste estudo, e o experimento de corrosão sob tensão de parafusos de alta resistência no clima úmido simulado de Chongqing foi realizado . Os efeitos da temperatura, pH e concentração da solução de corrosão simulada no comportamento da corrosão sob tensão de parafusos de alta resistência de 20MnTiB foram estudados.

O aço 20MnTiB é o material de parafuso de alta resistência mais amplamente utilizado para pontes de estrutura de aço na China, e seu desempenho é de grande importância para a operação segura de pontes. Li et al.1 testaram as propriedades do aço 20MnTiB comumente usado para parafusos de alta resistência grau 10.9 em alta temperatura na faixa de 20–700 °C e obtiveram a curva tensão-deformação, resistência ao escoamento, resistência à tração, resistência de Young módulo, alongamento e coeficiente de expansão. Zhang et al.2, Hu et al.3 etc., analisaram a fratura de parafusos de alta resistência de 20MnTiB usados ​​em pontes de aço por meio de exame de composições químicas, teste de propriedades mecânicas, exame de microestrutura, análise macro e micro da superfície do dente da rosca e superfície de fratura, e os resultados mostram que o principal motivo da fratura do parafuso de alta resistência está relacionado ao defeito da rosca, que gera grande concentração de tensão, e tanto a concentração de tensão da ponta da trinca quanto a condição de corrosão ao ar livre causam a trinca por corrosão sob tensão.

Parafusos de alta resistência usados ​​em pontes de aço geralmente são mantidos em atmosfera úmida por muito tempo. Fatores como alta umidade, alta temperatura e assentamento e absorção de substâncias nocivas no ambiente são muito fáceis de causar corrosão da estrutura de aço. A corrosão levará à perda de seção de parafusos de alta resistência, produzindo muitos defeitos e rachaduras. E esses defeitos e rachaduras continuarão a se expandir, de modo a reduzir a vida útil dos parafusos de alta resistência e até levar à sua fratura. Até agora, existem muitas pesquisas sobre a influência da corrosão ambiental nas propriedades de corrosão sob tensão dos materiais. Catar et al.4 estudaram o comportamento de corrosão sob tensão de ligas de magnésio com diferentes teores de alumínio em ambiente ácido, alcalino e neutro por meio do teste de taxa de deformação lenta (SSRT). Abdel et al.5 estudaram o comportamento eletroquímico e de corrosão sob tensão da liga Cu10Ni em solução de NaCl a 3,5% na presença de diferentes concentrações de íons sulfeto. Aghion et al.6 avaliaram o desempenho à corrosão da liga de magnésio fundida sob pressão MRI230D em solução de NaCl a 3,5% por meio de teste de imersão, teste de névoa salina, análise de polarização potenciodinâmica e SSRT. Zhang et al.7 estudaram o comportamento de corrosão sob tensão do aço martensítico 9Cr por meio de SSRT e tecnologia de teste eletroquímico tradicional, e obtiveram a regra de influência do íon cloreto no comportamento da corrosão estática do aço martensítico à temperatura ambiente. Chen et al.8 estudaram o comportamento de corrosão sob tensão e o mecanismo de fissuração do aço X70 na solução simulada de lama do mar contendo SRB em diferentes temperaturas por SSRT. Liu et al.9 estudaram o efeito da temperatura e da taxa de tensão de tração na resistência à corrosão sob tensão da água do mar do aço inoxidável austenítico 00Cr21Ni14Mn5Mo2N por meio de SSRT. Os resultados mostraram que a temperatura na faixa de 35-65 °C não teve efeito significativo sobre o comportamento de corrosão sob tensão do aço inoxidável. Lu et al.10 avaliaram a sensibilidade à fratura retardada de amostras com diferentes graus de resistência à tração por meio do teste de fratura retardada por carga constante e SSRT. Sugere-se que a resistência à tração dos parafusos de aço 20MnTiB e aço 35VB de alta resistência seja controlada em 1040–1190 mpa. No entanto, a maioria desses estudos é basicamente para usar uma solução simples de NaCl a 3,5% para simular o ambiente de corrosão, enquanto o ambiente real de serviço dos parafusos de alta resistência é mais complexo e existem muitos fatores de influência, como o valor de pH do a solução, temperatura, concentração do meio corrosivo, etc. Ananya et al.11 estudaram o efeito dos parâmetros ambientais e do material no meio corrosivo na corrosão e trinca por corrosão sob tensão do aço inoxidável duplex. Sunada et al.12 realizaram o teste de corrosão sob tensão do aço SUS304 à temperatura ambiente em solução aquosa contendo H2SO4 (0–5,5 kmol/m−3) e NaCl (0–4,5 kmol/m−3). E o efeito de H2SO4 e NaCl no tipo de corrosão do aço SUS304 foi estudado. Merwe et al.13 estudaram o efeito da direção de laminação, temperatura, concentração de CO2/CO, pressão do ar e tempo de corrosão na sensibilidade à corrosão sob tensão do aço para vasos de pressão A516 por meio de SSRT. Ibrahim et al.14 usaram a solução NS4 como solução de simulação de águas subterrâneas para estudar o efeito de parâmetros ambientais, como concentração de íon bicarbonato (HCO), pH e temperatura na corrosão sob tensão do aço de tubulação API-X100 após descascar o revestimento. Shan et al.15 estudaram a regra de mudança da sensibilidade à corrosão sob tensão do aço inoxidável austenítico 00Cr18Ni10 com temperatura sob a condição de meio de água preta de usina de hidrogênio de carvão simulada através de SSRT sob diferentes condições de temperatura (30–250°C). Han et al.16 caracterizaram a sensibilidade à fragilização por hidrogênio de amostras de parafusos de alta resistência usando teste de fratura retardada por carga constante e SSRT. Zhao17 estudou o efeito do pH, SO42-, Cl-1 no comportamento de corrosão sob tensão da liga GH4080A por meio de SSRT. Os resultados mostraram que quanto menor o pH, pior a resistência à corrosão sob tensão da liga GH4080A. Tem uma óbvia sensibilidade à corrosão sob tensão para Cl-1 e não é sensível ao meio de íons SO42- à temperatura ambiente. No entanto, existem poucos estudos sobre a influência da corrosão ambiental em parafusos de aço 20MnTiB de alta resistência.