郝文魁 北京科技大學腐蝕與防護中心

 

    研究背景

 

    隨著全球范圍內能源需求量日益增大，海洋資源的開發和利用逐步增加，越來越多的海洋平臺投入建設和使用。但由于淺海和環境條件較好地區的石油和天然氣資源正逐漸枯竭，這迫使石油和天然氣的開采逐漸向更具有挑戰的深海和嚴酷海洋環境的地區發展，造成海洋鋼結構面臨更大的腐蝕破壞的問題。其中海洋平臺的工作環境尤為惡劣，尤其是我國南海海域，長期服役于高溫、高濕和高Cl-及其它腐蝕介質的嚴酷復雜海洋環境中，并長期接受干濕交替，溫差變化等環境變化。除受自身重力載荷外，海洋工程結構還要經受風浪、海流、海底地震、低溫等自然力等惡劣海況和載荷；并且其尺寸大、強度高、厚度大、焊接部位多，使其內部存在大量殘余應力；其服役期長，支撐數百噸的設備，工作應力極高。在環境和力學因素的綜合作用下，海洋平臺用高強鋼極易發生SCC等腐蝕開裂問題。而大量的研究表明在海洋工程中，SCC是導致海洋平臺和其它鋼結構失效的重要問題之一。在較難發現和評估的情況下，SCC會造成海洋平臺極大的安全問題，引起脆性斷裂和失穩破壞，造成大量的人員傷亡，以及嚴重環境污染和巨大的經濟損失。但是目前對嚴酷海洋環境中高強鋼的SCC行為并沒有清楚的認識，對其SCC的機理也沒有深入的研究。

 

    上述問題作為國家973項目--《海洋工程裝備材料腐蝕與防護關鍵技術基礎研究》（NO2014CB64330）的重點研究方向，在分析我國南海嚴酷海洋環境中石油鉆井平臺結構工作環境規律和極限應力載荷的基礎上，建立了系統的實驗室模擬E690高強鋼電化學及SCC行為的研究體系，并為開展相關研究探索建立了基礎。該研究體系主要通過建立模擬海洋干濕交替環境下的恒載荷SCC試驗方法，結合電化學測量技術及腐蝕產物及銹層分析方法（SEM、EDAX和X-ray）對模擬海洋干濕交替環境中E690高強鋼的電化學腐蝕行為及SCC可能性、敏感性、機理及裂紋擴展方式進行研究；并通過建立模擬海洋薄液環境中，拉伸條件下的電化學及SCC實驗研究裝置進行受力條件下的電化學及SSRT試驗，對海洋薄液環境下O2、H及應變對高強鋼SCC行為的影響進行分析。在上述研究條件及分析的基礎上，本課題研究小組進行了系統的海洋工程用E690高強鋼薄液環境應力腐蝕行為研究工作，完善低合金高強鋼在嚴酷海洋環境下SCC腐蝕機理，為690級高強鋼在海洋、尤其是嚴酷海洋環境中的應用提供參考。