海底管道的安全運行是實施“海氣落地”能源戰略的重要保障，常被稱為海洋油氣工程的“生命線”。海底管道一旦發生腐蝕，造成油氣泄漏，不僅會導致海上油田停產，而且會對海洋生態系統造成不可估量的破壞。

焊接是應用最廣泛、性價比最高的整體管道連接技術之一。但易產生非均質結構，影響材料的力學特性和耐腐蝕性。在焊接過程中，溫度分布的不均勻會導致焊接接頭的組織演變不均勻，形成三個明顯的區域，即母材區（BM）、熱影響區（HAZ）和焊接區（WZ）。由于焊接過程中局部加熱和快速冷卻，HAZ和WZ結構發生變化，產生相變應力，導致焊接接頭與BM之間的腐蝕敏感性變化較大。因此，海洋環境下異型合金結構（焊接接頭等），焊接接頭往往是海底管道工程中最薄弱的環節，其失效將危及整個工程的安全。

基于上述論述，中國海洋大學材料科學與工程學院陳守剛教授團隊致力于從材料表/界面-微生物-力學-電化學交互作用出發，評價海工裝備用銅鎳合金管的服役性能，探明其多因素強耦合損傷規律與失效機制。

相關研究成果近期發表在國際材料領域一流學術期刊Corrosion Science（2024, 230: 111947）與Engineering Failure Analysis（2024, 160: 108184）上，系統性的揭示了界面微觀結構、腐蝕性離子和脫硫弧菌所致銅鎳合金焊接接頭腐蝕特性的影響，明確了海洋環境下銅鎳合金管異型合金結構——焊接接頭的腐蝕特性機制。該研究是課題組繼在脫硫弧菌與拉應力耦合作用下銅鎳合金應力腐蝕開裂行為及機理研究（Corrosion Science, 2023, 225: 111617）后，在銅鎳合金腐蝕研究方面的又一重要標志性成果。

針對海洋環境下實際服役的銅鎳合金焊接接頭，研究人員對其多環境因素下腐蝕敏感性及失效機理進行了研究。他們發現銅鎳合金焊接接頭的顯微組織演化和耐腐蝕性受焊接影響；在銅鎳合金焊接接頭的不同區域觀察到明顯梯度變化的腐蝕行為；HAZ前期始終表現出較高的局部腐蝕敏感性，脫硫弧菌顯著加速了以HAZ為陽極的電偶腐蝕；后期WZ從最初受保護的陰極轉變為加速腐蝕的陽極；異種金屬焊接引起的不對稱腐蝕導致銅鎳合金焊接接頭內部存在不對稱差異腐蝕。其中，在HAZ/WZ界面處的深度腐蝕擴展是宏觀電偶效應、微觀電偶效應（硫化物和合金基體）以及脫硫弧菌共同作用的結果。

銅鎳合金焊接接頭在脫硫弧菌介質中的腐蝕機制示意圖

有限元法計算的銅鎳合金焊接接頭在(A)、(a)浸泡1天和(B)、(b)28天后局部電流密度分布

該工作得到了國家自然科學基金山東聯合基金重點、國家自然科學基金面上項目和中央高校基本科研業務費的支持。