當前，越來越多的國家重視深遠海資源開發(fā)，深海油氣資源、海底礦產(chǎn)資源、深海基因資源、遠洋漁業(yè)資源的開發(fā)正成為國際海洋資源開發(fā)的熱點。走向深海是資源開發(fā)的必然趨勢， 是實現(xiàn)建設海洋強國的必經(jīng)之路。深海裝備是海洋資源勘探和開發(fā)的關鍵，各種裝備所用材料在深海的腐蝕和老化性能試驗數(shù)據(jù)，已成為設計建造深海裝備迫切需要的基礎技術數(shù)據(jù)和重要依據(jù)。為了全面科普深海腐蝕數(shù)據(jù)、深海裝備的腐蝕監(jiān)檢測技術和預警技術等方面的相關知識，記者特邀請到中國船舶重工集團公司第七二五研究所副總工程師、中國腐蝕與防護學會副理事長孫明先研究員做相關方面的精彩解讀。

    中國船舶重工集團公司第七二五研究所（以下簡稱“中船重工七二五所”） 成立于1961 年，隸屬中國船舶重工集團公司，是專業(yè)從事艦船材料研制和工程應用研究的軍工事業(yè)單位， 在五十多年的發(fā)展歷程中，為海軍武器裝備發(fā)展和國民經(jīng)濟建設做出了重要貢獻。在深海探索、研發(fā)方面也頗有建樹，2012 年8 月，中船重工七二五所建成中國首個深海腐蝕數(shù)據(jù)庫；2016 年9 月中船重工七二五所完成國內首個3000 米級深海環(huán)境試驗任務。

    孫明先研究員

    記者：中船重工七二五所海洋腐蝕與防護國家級重點實驗室先后承擔了為我國獲取深海腐蝕試驗數(shù)據(jù)，為我國深海裝備設計制造及腐蝕防護提供技術支撐的多個重大項目。能否給我們詳細分享一下這一項目？并談談深海腐蝕試驗數(shù)據(jù)的必要性和重要性。

    孫總工：中船重工七二五所作為船舶材料研究所，腐蝕與防護是重要的專業(yè)研究方向。從建所伊始，我所就對船舶材料海洋環(huán)境腐蝕規(guī)律和機理進行研究，為船舶和其他海洋裝備的設計、建造提供了重要技術支撐，為國防和國民經(jīng)濟建設做出了巨大貢獻。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和戰(zhàn)略轉型，深海成為我國資源開發(fā)、裝備部署的新領域，我所從2000 年開始關注深海腐蝕，收集國外相關研究資料，并積極推進深海腐蝕試驗方法的研究。2003 年，著手建設深海環(huán)境腐蝕試驗能力，2005 年，立項開展深海環(huán)境腐蝕試驗裝置及試驗技術研究，研制了具有自主知識產(chǎn)權的近底懸浮式深海環(huán)境腐蝕試驗裝置，經(jīng)過裝置的結構設計、部件選型、深水湖試、海試，于2007 年定型，并于2008 年承擔材料深海腐蝕研究重點項目，在我國南海開展了三個不同深度的深海腐蝕試驗， 2011 年成功獲得了第一批40 余種材料的深海環(huán)境腐蝕老化數(shù)據(jù)，建立了我國第一個深海環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫。2014 年， 承擔深海自然環(huán)境試驗重大項目，開展了更大深度深海環(huán)境試驗技術和材料深海腐蝕研究，同時開展深海原位電化學測試技術研究。七二五所作為目前我國唯一開展材料深海自然環(huán)境試驗的單位， 獲取的數(shù)據(jù)、掌握的規(guī)律將為我國深海油氣開發(fā)、裝備設計制造做出更大貢獻。

    開展材料深海腐蝕研究是開發(fā)利用海洋資源，建設海洋強國的需要。隨著陸上空間和能源的萎縮，人類將目光轉向了海洋。海洋已成為人類未來發(fā)展休戚與共、賴以生存的載體。對于海洋的開發(fā)和利用也逐漸由近海向遠海， 由淺海向深海方向發(fā)展。海洋石油、礦產(chǎn)資源豐富，但絕大多數(shù)蘊藏在深海區(qū)域，例如南海儲油構造75% 處在2000 ～ 3000 米的深水位置；天然氣水合物主要分布在1200 米以上的海底； 多金屬結核在海洋中約有5000 億噸， 主要富集在4000 ～ 6000 米深度，我國南海平均深度1212 米，石油資源約在230 ～ 300 億噸之間，天然氣總量約為16 萬億立方米，占中國油氣總資源量的三分之一，而且70% 的油氣資源在深海區(qū)，以上資源必須要有相應深度的開采能力才能獲取，發(fā)展深海裝備成為海洋資源勘探和開發(fā)的關鍵。高端海洋工程裝備的研制，都首先必須了解相關材料在深海中的環(huán)境適應性問題，掌握其深海腐蝕行為及規(guī)律，確保材料在深海極限環(huán)境中的可靠性。深海自然環(huán)境試驗是獲取材料深海腐蝕數(shù)據(jù)及規(guī)律，最直接、最有效、最可靠的手段。

    記者：您認為目前，在苛刻的深海環(huán)境下，裝備面臨哪些腐蝕因素？最大的挑戰(zhàn)又是什么？

    孫總工：與淺海相比，深海環(huán)境中靜水壓力、溫度、鹽度、溶解氧和pH 值等因素隨著海水深度的變化而變化。深海條件下，隨深度的增加，靜水壓力直線升高；溫度迅速下降，2000 米以下幾乎恒定在2 ～ 4℃。含氧量從表層的飽和狀態(tài)降低為2ppm，此外，生物污損、鈣鎂離子沉積和材料表面流速等環(huán)境因素也與表層海水存在差別。同時與淺海環(huán)境相比，材料在深海環(huán)境受腐蝕環(huán)境與力學因素耦合作用影響，對于深海裝備，尤其是深海潛器、艙室管路、儀器設備等承壓裝備，深海壓力和海水腐蝕會給設計和制造帶來較高難度。不同種類的材料，在海水中的腐蝕行為不同，壓力增大、溫度降低、含氧量降低會對不同的金屬材料產(chǎn)生不同程度的影響，因此深海中多因素耦合的苛刻環(huán)境必然導致材料腐蝕行為上的特殊性和復雜性，并與淺海腐蝕行為存在顯著差異。若以材料在淺表海水環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)進行深海裝備和設施的設計、選材，則存在極大的風險和安全隱患。同時對于實驗室模擬深海環(huán)境試驗而言，目前還剛剛起步，能較好的模擬各種深度下的壓力、溫度、鹽度，但對于包括深海溶解氧、海流、沉積物、海生物等在內的復雜環(huán)境特征難以實現(xiàn)綜合模擬。因此， 開展材料實際深海環(huán)境腐蝕試驗和數(shù)據(jù)積累是反映材料深海腐蝕真實規(guī)律的必要途徑，在此基礎上不斷完善室內模擬試驗技術，開展室內模擬試驗，建立自然環(huán)境與模擬試驗相關性是全面分析材料深海腐蝕老化行為的重要手段。

    深海腐蝕試驗裝置投放回收

    記者：請您談談深海腐蝕試驗裝置總體設計和深海腐蝕試驗裝置回收控制等系列關鍵技術有哪些？

    孫總工：我們設計的近底懸浮式深海腐蝕試驗裝置由打撈浮標、主浮體、連接系統(tǒng)、試樣框架、環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、浮力系統(tǒng)、釋放及應答定位系統(tǒng)、錨定系統(tǒng)等部分組成。具有對可靠性高、載樣量大、結構簡單、布放準確、避免吸地現(xiàn)象等優(yōu)點。試驗裝置長期處于水下無人值守狀態(tài)，因此對其可靠性提出了很高的要求。我們在裝置設計時，對裝置的重力浮力比的進行合理設計，確保裝置具有足夠的儲備浮力，即使少量浮力部件意外失效，試樣也能夠順利上浮；同時，使裝置具有足夠的重力，使之能夠在選定的試驗深度固定，不受海流影響而偏移以至于丟失。試驗裝置投放時，需要將整套裝置在水面展開，防止各個節(jié)點受海流影響而相互纏繞，投放過程中，裝置連接、作業(yè)船航速航向、海流測試、定位等相互配合，才能達到精準投放，定深準確。除此之外，還采用其他方式提高裝置的可靠性，例如：結構冗余設計、選用耐蝕材料、必要絕緣密封手段等。

    記者：您從事多年深海環(huán)境中腐蝕與防護研究，請介紹一下對您印象深刻的科研經(jīng)歷及典型案例并發(fā)表一下您的感想？

    孫總工：可靠性是深海自然環(huán)境試驗的關鍵，深海環(huán)境試驗過程中，很多因素會對試驗的開展產(chǎn)生影響，例如：高壓環(huán)境、海流沖擊、漁業(yè)生產(chǎn)、材料腐蝕，海生物影響等均可能造成裝置部組件失效丟失。我們在初期的深海試驗中，選用的316 不銹鋼連接卸扣在深海環(huán)境中半年時間發(fā)生了嚴重腐蝕，強度喪失出現(xiàn)斷裂。雖然在選擇深海腐蝕試驗裝置部件時，綜合參考了國外深海試驗數(shù)據(jù)和國內海洋單位的選材經(jīng)驗，同時還在表層海水進行了同批次卸扣的掛樣試驗，沒有出現(xiàn)任何腐蝕。但在我國南海的深海環(huán)境中卻發(fā)生了嚴重腐蝕， 這表明基于常規(guī)淺表海水環(huán)境適應性數(shù)據(jù)和國外深海環(huán)境試驗數(shù)據(jù)進行深海裝備的設計選材，存在非常大的風險和安全隱患。開展我國深海環(huán)境試驗研究是非常必要的。另外，浮力系統(tǒng)的可靠性和配比也至關重要，綜合考慮體積、重量和提供浮力數(shù)值，我們選用玻璃浮球和浮球組組成浮力系統(tǒng)，玻璃浮球耐壓65MPa，在試驗前對每個浮球進行仔細檢查，并進行加壓測試，但在實際應用過程中出現(xiàn)了浮球爆裂現(xiàn)象，由于儲備浮力合理，未造成太大影響。開展像深海自然環(huán)境腐蝕試驗這樣的創(chuàng)新性科研項目，除了要有良好的基礎、豐富的經(jīng)驗意外，重視每一步細節(jié)至關重要。

    記者：請您談談未來深海環(huán)境中裝備材料和防腐技術的走向？

    孫總工：深海環(huán)境與淺表環(huán)境存在較大的差異，材料表現(xiàn)出來的性能也存在較大差異，例如，俄羅斯在深海試驗過程中發(fā)現(xiàn)常壓和低壓下可正常使用的碳纖維透聲復合材料，在1000m 深海環(huán)境中完全變成了非透聲材料。因此裝備材料和防腐技術都存在著深海適應性問題，在深海裝備設計選材之前應對備選材料開展深海環(huán)境適應性研究，應根據(jù)裝備的結構、材料相容性、功能性在深海環(huán)境中的變化綜合考慮。

    海洋科技領域的發(fā)展是一項系統(tǒng)的工程，往往是諸多領域科技發(fā)展的集成， 但就最重要的基礎而言，常常依賴于材料科技的發(fā)展和突破，尤其將特別依賴于專用海洋材料的研究和進展，許多海洋領域的研究和開發(fā)往往受制于材料的短缺和質量。材料科技的發(fā)展水平已經(jīng)成為海洋研究開發(fā)的制約瓶頸，加速深海材料領域的科學研究已迫在眉睫。對于深海用裝備金屬材料而言，除了功能性以外，要重點考慮材料強度和耐蝕性能。因此深海裝備用金屬材料會向高強、耐蝕方向發(fā)展，高強材料方面例如超高強度結構鋼鋼、管線鋼等，耐蝕材料方面例如鈦合金、高鎳基合金、高性能不銹鋼等。新材料的選用和開發(fā)會帶來新的問題，例如高強鋼在深海中應用時， 陰極保護參數(shù)不能直接套用一般強度的合金鋼的參數(shù)，因為陰極保護系統(tǒng)在較負電位運行時會產(chǎn)生析氫，產(chǎn)生的氫很容易富集在高強鋼中，使其產(chǎn)生氫脆損傷斷裂，其危害更甚于腐蝕，因此，我所針對新型高強鋼和深海使用環(huán)境開發(fā)出了專用的低驅動電位犧牲陽極，以提高陰極保護的安全性。除了針對深海環(huán)境用金屬材料電化學腐蝕防護技術外， 開發(fā)新型耐高壓、耐剝離、耐滲透的防護涂層和相關技術也是深海防腐的重要方向。另一個方面，深海環(huán)境的特殊性，決定了深海裝備維修維護困難，一旦產(chǎn)生事故將是災難性的，因此，開展深海裝備的腐蝕監(jiān)檢測技術和預警技術研究是深海工程開發(fā)重要的環(huán)節(jié)，應該將其提升到與裝備自身研發(fā)同樣重要的地位。

    后記：走向深海是世界趨勢，更是中國戰(zhàn)略。大家行動起來！為適應深海環(huán)境，研究深海裝備腐蝕數(shù)據(jù)，開發(fā)新型的裝備材料和防腐技術， 為海工裝備保駕護航！為海洋強國戰(zhàn)略出一份力！

    人物簡介

    孫明先，中國船舶重工集團公司第七二五研究所研究員，中國腐蝕與防護學會副理事長，水環(huán)境專業(yè)委員會主任委員，現(xiàn)任七二五所副總工程師，海洋腐蝕與防護國防科技重點實驗室副主任。從事金屬腐蝕與防護和水處理技術的研究與開發(fā)工作三十多年，是七二五研究所腐蝕控制與水處理研究方向的學術帶頭人之一。先后主持和參加了二十多項國家、國防科技等重點課題及其它科研課題的研究工作，取得省部級科技進步獎勵八項，另有多項科研成果通過鑒定和驗收，多數(shù)成果達到國際先進水平，帶動了國內本專業(yè)領域科學研究的進一步發(fā)展，特別是在電化學腐蝕與防護和自然環(huán)境腐蝕方面的研究處于國內領先水平，部分成果已得到廣泛應用并取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。主編和參與編制國家標準四項，在國際、國內學術會議以及國內學術刊物上發(fā)表各類研究論文三十余篇。

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