(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu ăn mòn ứng lực thép không gỉ mác 304 và 316 trong môi trường khí quyển nhiệt đới việt nam

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU ĂN MÒN ỨNG LỰC THÉP KHƠNG GỈ MÁC 304 VÀ 316 TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU ĂN MỊN ỨNG LỰC THÉP KHƠNG GỈ MÁC 304 VÀ 316 TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9.44.01.29 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Thị Hồng Liên Hà Nội – 2022 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa công bố tạp chí khác đến thời điểm ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày … tháng …… năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Thanh Nga an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Lê Thị Hồng Liên GS.TS Tadashi Shinohara tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn chương trình hợp tác đào tạo NCS Viện Khoa học vật liệu Viện Khoa học vật liệu quốc gia Nhật Bản (NIMS) tạo điều kiện giúp đỡ thực nghiên cứu phịng thí nghiệm Corrosion Group GS TS Tadashi Shinohara NIMS Tập đoàn thép Nhật Bản (JFE) cung cấp thép không gỉ 304 316 để tiến hành thử nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn hỗ trợ quý giá Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đồng nghiệp Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA), Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ thực nghiên cứu Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp nhóm nghiên cứu Corrosion Group GS TS Tadashi Shinohara NIMS hỗ trợ thực nghiên cứu thiết bị tiên tiến nhóm Viện NIMS Tôi xin cảm ơn Viện Khoa học vật liệu, Học viện Khoa học Công nghệ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành tốt cơng việc Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè người thân gia đình ln động viên, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận án Tác giả Nguyễn Thị Thanh Nga an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ăn mòn ứng lực 1.1.1 Định nghĩa ăn mòn ứng lực điều kiện để ăn mòn ứng lực xảy 1.1.2 Cơ chế ăn mòn ứng lực 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới ăn mòn ứng lực 12 1.1.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nồng độ ion clorua ăn mòn ứng lực 12 1.1.3.2 Ảnh hưởng ứng suất kéo tới ăn mòn ứng lực thép không gỉ 13 1.2 Ăn mịn ứng lực điều kiện khí 14 1.2.1 Cơ chế q trình ăn mịn ứng lực mơi trường khí 15 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mịn ứng lực khí .17 1.2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm .17 1.2.2.2 Ảnh hưởng lượng ion clorua sa lắng bề mặt 21 1.2.2.3 Ảnh hưởng điều kiện gia công .23 1.3 Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn ứng lực 28 1.4 Tình hình nghiên cứu ăn mịn ứng lực ăn mịn ứng lực khí tự nhiên Việt Nam 28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Vật liệu mẫu nghiên cứu 30 2.1.1 Vật liệu nghiên cứu .30 2.1.2 Phương pháp chuẩn bị 30 2.1.3 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu .31 2.2 Thử nghiệm gia tốc 34 2.3 Thử nghiệm tự nhiên 35 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n iv 2.3.1 Thử nghiệm bán gia tốc khí tự nhiên Hà Nội 35 2.3.2 Thử nghiệm mơi trường khí tự nhiên Hà Nội, Đồ Sơn Đồng Hới 36 2.4 Đánh giá trạng ăn mòn ứng lực 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Kết thử nghiệm gia tốc - Ảnh hưởng điều kiện môi trường đến độ nhạy ăn mòn ứng lực thép 40 3.1.1 Thép 304 40 3.1.1.1 Trong môi trường NaCl: .41 3.1.1.2 Trong môi trường MgCl2: 42 3.1.2 Thép 316 .42 3.1.2.1 Trong môi trường NaCl: .44 3.1.2.2 Trong môi trường MgCl2: 45 3.2 3.2.1 Ảnh hưởng điều kiện xử lý mẫu 49 Mẫu thép cán nguội thương mại nhạy hóa 49 3.2.1.1 Thép 304 .49 3.2.1.2 Thép 316 .53 3.2.2 Mẫu thép cán nguội thương mại mẫu thép xử lý nhiệt tạo dung dịch rắn đồng 57 3.3 Ảnh hưởng ứng suất 61 3.3.1 Thép 304 .61 3.3.2 Thép 316 .63 3.4 Kết thử nghiệm tự nhiên: Thử nghiệm bán gia tốc mơi trường khí Hà Nội - Ảnh hưởng điều kiện nhiệt ẩm khí đến độ nhạy phát triển ăn mòn ứng lực thép 304 316 65 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm khơng khí đến độ nhạy ăn mịn ứng lực thép không gỉ 66 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n v 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm khơng khí đến tốc độ phát triển vết nứt ăn mòn ứng lực thép 304 thép 316 70 3.4.3 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đến tốc độ phát triển vết nứt .80 Kết thử nghiệm tự nhiên mẫu thép không nhỏ muối Đồ Sơn, Đồng Hới Hà Nội 85 3.5.1 Ảnh hưởng diều kiện môi trường tới độ nhạy SCC thép 87 3.5.2 Tốc độ phát triển vết nứt ăn mịn ứng lực thép khơng gỉ .90 3.6 Cơ chế lan truyền vết nứt 96 KẾT LUẬN 100 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ ĐIỂM MỚI 102 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 102 DỰ KIẾN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 114 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ký hiệu AISCC GCN Tên tiếng Anh Atmospheric Induced Tên tiếng Việt Stress Nứt ăn mòn ứng lực Corrosion Cracking khí Cold work; As-received Cán nguội thương mại Lnứt Chiều dài vết nứt (mm) Mẫu U U-bend sample Mẫu uốn chữ U Mẫu C C-ring sample Mẫu uốn chữ C Mẫu P Plate sample Mẫu phẳng NH Sensitized Nhạy hóa RH Relative Humidity Độ ẩm tương đối SCC Stress Corrosion Cracking Nứt ăn mòn ứng lực T Temperature Nhiệt độ TOW Time Of Wetness Thời gian lưu ẩm Trạm HN Trạm Hà Nội Trạm ĐS Trạm Đồ Sơn Trạm ĐH Trạm Đồng Hới Thời kỳ T5 Thời kỳ T6 Thời kỳ T7 Thời kỳ phơi mẫu bắt đầu vào đầu tháng 5/2020 Thời kỳ phơi mẫu bắt đầu vào đầu tháng 6/2020 Thời kỳ phơi mẫu bắt đầu vào đầu tháng 7/2020 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n (LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam vii Thời kỳ phơi mẫu bắt đầu vào Thời kỳ T8 đầu tháng 8/2020 Nhiệt độ khơng khí trung bình TTB (oC) Độ ẩm tương đối trung bình (%) RHTB Thời gian ướt trung bình ngày tư (giờ/ngày) Thời gian khơ trung bình ngày tk (giờ/ngày) Tỷ lệ thời gian khô/thời gian k/ư ướt trung bình ngày Tốc độ phát triển vết nứt Vnứt XLN (mm/ngày) Solution heat treatment Xử lý nhiệt tạo dung dịch rắn đồng an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n (LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam (LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Điều kiện xảy ăn mòn SCC Hình 1.2 Hình ảnh vết nứt ăn mòn ứng lực theo (a) biên hạt (b) xuyên hạt thép không gỉ 304 Hình 1.3 Các giai đoạn xuất phát triển ăn mòn ứng lực theo yếu tố điện hóa học………………………………………………………………………… Hình 1.4 Quá trình SCC vật liệu Hình 1.5 Sự hình thành vết nứt từ lỗ/khe ăn mịn dẫn đến SCC 10 Hình 1.6 Sơ đồ tiêu biểu cho mơ hình lan truyền vết nứt theo chế vỡ màng 11 Hình 1.7 Mơ hình “đường hầm ăn mịn”, a) Sự xuất vết nứt hình thành đường hầm ăn mòn mặt trượt gây biến dạng dẻo gẫy; b) Cơ chế đường hầm SCC hình thành mặt có rãnh khía 11 Hình 1.8 Ion Cl- sa lắng vị trí khuyết tật dẫn đến SCC 15 Hình 1.9 Quá trình ăn mịn ứng lực thép mơi trường khí 16 Hình 1.10 Độ ẩm gây chảy rữa muối NaCl, MgCl2, CaCl2 nhiệt độ thử nghiệm khác 17 Hình 1.11 Mẫu thép 304 sau 400 thử nghiệm 80oC, độ ẩm 40%, lượng ion Clsa lắng 400µg/cm2 - vết nứt SCC phát triển theo biên hạt 20 Hình 1.12 Vết nứt SCC thép 304 35oC sau tháng thử nghiệm: (a b) mẫu nhạy hóa, (c d) mẫu cán nguội thương mại 23 Hình 1.13 Quá trình cán nguội vật liệu 23 Hình 1.14 Ảnh hưởng nhiệt độ tốc độ phát triển viết nứt thép 316 cán nguội 10, 15 20% 24 Hình 1.15 Ảnh hưởng ứng suất kéo tới khả xuất SCC thép 304 25 Hình 1.16 Khả hịa tan bon thép không gỉ 18/8 ASS 26 Hình 1.17 Sự hình thành bít crơm biên hạt thép khơng gỉ 27 Hình 1.18 Vết nứt ăn mòn ứng lực thép 304 45oC sau tháng thử nghiệm: (a) mẫu thép cán nguội thương mại, (b) mẫu thép nhạy hóa 28 an an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi n (LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam (LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam(LUAN.an.TIEN.si).nghien.cuu.an.mon.ung.luc.thep.khong.gi.mac.304.va.316.trong.moi.truong.khi.quyen.nhiet.doi.viet.nam 100 KẾT LUẬN Độ nhạy SCC thép 304 316 tăng theo lượng ion clorua bề mặt, theo độ ẩm tương đối theo nhiệt độ Khi tăng giá trị yếu tố, vùng an toàn SCC bị thu hẹp, vùng bị SCC mở rộng phía giá trị thấp yếu tố lại Các điều kiện tới hạn gây SCC thép 304 thép 316 phụ thuộc nhiệt độ thử nghiệm sau: 40 50 70 Thép cán nguội thương mại Lượng ion clorua, mgCl-/m2 NaCl MgCl2 Thép nhạy hóa Lượng ion clorua, mgCl-/m2 NaCl MgCl2 Nhiệt độ, o C Cl-RH=70=670-2000 Cl-RH=70=34,4-3440 Cl-RH=60=344-3440 Cl-RH=40-50=1150-3440 Không bị SCC Cl-RH=60-70=34,4-3440 Cl-RH=70 =200-2000 Cl-RH=60-70=34,4-3440 Cl-RH=50=115-3440 Cl-RH=40=344-3440 Cl-RH=70=670-2000 Cl-RH=60-70=115-3440 Cl-RH=40-50=3440 Cl-RH=70=20-2000 Cl-RH=60=200-2000 Cl-RH=60-70=34,4-3440 Cl-RH=50=115-3440 Cl-RH=40=344-3440 - Cl RH=40-70 =20-2000 - Cl RH=40-70 =34,4-3440 Các điều kiện xử lý mẫu ảnh hưởng đến độ nhạy SCC thép không gỉ theo thứ tự tăng dần: Thép xử lý nhiệt tạo dung dịch rắn đồng < Thép cán nguội thương mại < Thép nhạy hóa Khi ứng suất tăng, thép khơng gỉ nhạy SCC hơn: - Thép 304: Mẫu phẳng P (= 0) < Mẫu chữ C ( = 1,65)