船用鋼海水腐蝕模型及評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、由于陸地油氣資源的緊缺和保障能源安全的需要，人類開始把海洋開發(fā)的目光投向深海，但深海區(qū)域是一種非常嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，深海環(huán)境是一種非常嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境,但其中蘊(yùn)藏著豐富的天然氣、石油及礦物質(zhì)等資源，在深海資源的勘探和開發(fā)過(guò)程中，其惡劣的腐蝕環(huán)境使各種金屬構(gòu)件面臨著巨大的挑戰(zhàn)，由海水腐蝕所引發(fā)事故的經(jīng)濟(jì)損失所占的比例相當(dāng)高,所以金屬構(gòu)件在深海資源的勘探和開發(fā)過(guò)程中的面臨著危險(xiǎn)。
　　目前國(guó)內(nèi)關(guān)于材料腐蝕的研究工作大多局限于海洋大氣和淺海

2、環(huán)境，而深海環(huán)境中金屬的腐蝕行為與防護(hù)措施缺乏系統(tǒng)研究，成為亟待深入探究的課題。壓力作為深海最重要的因素對(duì)腐蝕有很大的影響，船用低合金鋼因其優(yōu)異的機(jī)械和耐蝕性能常作為制作金屬結(jié)構(gòu)件的主要材料，因此開展壓力條件下船用鋼腐蝕與防護(hù)的研究，對(duì)深海資源的開發(fā)和利用具有深遠(yuǎn)的影響。
　　本研究選取了三種典型船用低合金鋼907A、921A和980，以Q235碳鋼做為參照，利用實(shí)驗(yàn)室模擬深海壓力裝置，采用靜態(tài)失重法、動(dòng)電位極化曲線和EIS等電化

3、學(xué)方法，同時(shí)配合慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)、SEM、XRD、拉曼光譜和三維圖像視頻等分析技術(shù)，研究了船用鋼在深海壓力條件下的腐蝕規(guī)律，并以實(shí)驗(yàn)室模擬深海的腐蝕規(guī)律測(cè)為依據(jù)，利用冪函數(shù) nD?Ax建立了船用鋼腐蝕速率與時(shí)間和壓力之間的預(yù)測(cè)模型。得出的主要結(jié)論如下：
　　慢拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：斷口形貌主要是韌窩組織，斷裂形式主要是韌性斷裂，相對(duì)于 Q235，隨船用鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，晶粒細(xì)化、抗拉強(qiáng)度提高，但應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增大。隨壓力增大，9

4、80鋼的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性降低，可能是由于高壓下陰陽(yáng)極表面液相傳質(zhì)過(guò)程阻力增大，使得陽(yáng)極溶解速率降低，從而抑制了裂紋的形核和擴(kuò)展。
　　靜態(tài)失重研究結(jié)果表明：相對(duì)于Q235，三種船用鋼均具有較好的耐蝕性，相對(duì)而言，907A更易受到海水壓力的影響而被加速腐蝕，921A的耐蝕性能相對(duì)較好，但總體來(lái)說(shuō)壓力促進(jìn)了三種船用鋼的陽(yáng)極溶解過(guò)程。隨模擬壓力增加，腐蝕形貌由低壓下的均勻腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏合碌木植扛g，并加速了局部腐蝕的萌生及生長(zhǎng)過(guò)程，從

5、腐蝕狀況來(lái)看，碳鋼的腐蝕更為嚴(yán)重，說(shuō)明船用低合金鋼的耐蝕性能相對(duì)較好；腐蝕產(chǎn)物膜中γ-FeOOH的含量會(huì)更高和α-FeOOH和Fe3O4的含量會(huì)更低，削弱了銹層的保護(hù)作用，從而促進(jìn)了船用鋼的腐蝕。隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，初期迅速下降隨后波動(dòng)變緩，并趨于平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，即不同壓力條件下腐蝕動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)相似的特征。
　　船用鋼電化學(xué)性能研究表明：隨模擬壓力增加，EIS圖譜中阻抗弧逐漸收縮，說(shuō)明壓力促進(jìn)了腐蝕；自腐蝕電位Ecorr發(fā)生了不同程度的

6、負(fù)移，并且在整個(gè)過(guò)程的陰極電流密度都高于淺海環(huán)境，可能是由于壓力促進(jìn)了陽(yáng)極的活化溶解和抑制陰極反應(yīng)引起。
　　分析了實(shí)驗(yàn)室模擬條件下腐蝕速率隨著壓力和時(shí)間變化的規(guī)律，得到了適合于船用低合金鋼在青島海域腐蝕規(guī)律的函數(shù)關(guān)系式,利用冪函數(shù) nD?Ax回歸的方法對(duì)模擬壓力下的掛片結(jié)果擬合，并對(duì)模擬壓力下和實(shí)際海域的腐蝕結(jié)果預(yù)測(cè)，誤差率均控制在20％以內(nèi)，在誤差預(yù)測(cè)的可行范圍內(nèi)，可以反映腐蝕的規(guī)律，說(shuō)明冪函數(shù)回歸的方法可以用來(lái)對(duì)船用鋼的腐蝕