船用鋼海水腐蝕模型及評價方法研究.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)域是一種非常嚴酷的腐蝕環(huán)境，深海環(huán)境是一種非常嚴酷的腐蝕環(huán)境,但其中蘊藏著豐富的天然氣、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)濟損失所占的比例相當高,所以金屬構(gòu)件在深海資源的勘探和開發(fā)過程中的面臨著危險。
　　目前國內(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腐蝕有很大的影響，船用低合金鋼因其優(yōu)異的機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的研究，對深海資源的開發(fā)和利用具有深遠的影響。
　　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，利用實驗室模擬深海壓力裝置，采用靜態(tài)失重法、動電位極化曲線和EIS等電化

3、學方法，同時配合慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗、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，并以實驗室模擬深海的腐蝕規(guī)律測為依據(jù)，利用冪函數(shù) nD?Ax建立了船用鋼腐蝕速率與時間和壓力之間的預測模型。得出的主要結(jié)論如下：
　　慢拉伸試驗結(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，相對于 Q235，隨船用鋼強度級別的提高，晶粒細化、抗拉強度提高，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極表面液相傳質(zhì)過程阻力增大，使得陽極溶解速率降低，從而抑制了裂紋的形核和擴展。
　　靜態(tài)失重研究結(jié)果表明：相對于Q235，三種船用鋼均具有較好的耐蝕性，相對而言，907A更易受到海水壓力的影響而被加速腐蝕，921A的耐蝕性能相對較好，但總體來說壓力促進了三種船用鋼的陽極溶解過程。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過程，從

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

6、負移，并且在整個過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了陽極的活化溶解和抑制陰極反應(yīng)引起。
　　分析了實驗室模擬條件下腐蝕速率隨著壓力和時間變化的規(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回歸的方法對模擬壓力下的掛片結(jié)果擬合，并對模擬壓力下和實際海域的腐蝕結(jié)果預測，誤差率均控制在20％以內(nèi)，在誤差預測的可行范圍內(nèi)，可以反映腐蝕的規(guī)律，說明冪函數(shù)回歸的方法可以用來對船用鋼的腐蝕