郝文魁 北京科技大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心

 

    研究背景

 

    隨著全球范圍內(nèi)能源需求量日益增大，海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用逐步增加，越來(lái)越多的海洋平臺(tái)投入建設(shè)和使用。但由于淺海和環(huán)境條件較好地區(qū)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(kāi)采逐漸向更具有挑戰(zhàn)的深海和嚴(yán)酷海洋環(huán)境的地區(qū)發(fā)展，造成海洋鋼結(jié)構(gòu)面臨更大的腐蝕破壞的問(wèn)題。其中海洋平臺(tái)的工作環(huán)境尤為惡劣，尤其是我國(guó)南海海域，長(zhǎng)期服役于高溫、高濕和高Cl-及其它腐蝕介質(zhì)的嚴(yán)酷復(fù)雜海洋環(huán)境中，并長(zhǎng)期接受干濕交替，溫差變化等環(huán)境變化。除受自身重力載荷外，海洋工程結(jié)構(gòu)還要經(jīng)受風(fēng)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(qiáng)度高、厚度大、焊接部位多，使其內(nèi)部存在大量殘余應(yīng)力；其服役期長(zhǎng)，支撐數(shù)百?lài)嵉脑O(shè)備，工作應(yīng)力極高。在環(huán)境和力學(xué)因素的綜合作用下，海洋平臺(tái)用高強(qiáng)鋼極易發(fā)生SCC等腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題。而大量的研究表明在海洋工程中，SCC是導(dǎo)致海洋平臺(tái)和其它鋼結(jié)構(gòu)失效的重要問(wèn)題之一。在較難發(fā)現(xiàn)和評(píng)估的情況下，SCC會(huì)造成海洋平臺(tái)極大的安全問(wèn)題，引起脆性斷裂和失穩(wěn)破壞，造成大量的人員傷亡，以及嚴(yán)重環(huán)境污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。但是目前對(duì)嚴(yán)酷海洋環(huán)境中高強(qiáng)鋼的SCC行為并沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)其SCC的機(jī)理也沒(méi)有深入的研究。

 

    上述問(wèn)題作為國(guó)家973項(xiàng)目--《海洋工程裝備材料腐蝕與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究》（NO2014CB64330）的重點(diǎn)研究方向，在分析我國(guó)南海嚴(yán)酷海洋環(huán)境中石油鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)工作環(huán)境規(guī)律和極限應(yīng)力載荷的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室模擬E690高強(qiáng)鋼電化學(xué)及SCC行為的研究體系，并為開(kāi)展相關(guān)研究探索建立了基礎(chǔ)。該研究體系主要通過(guò)建立模擬海洋干濕交替環(huán)境下的恒載荷SCC試驗(yàn)方法，結(jié)合電化學(xué)測(cè)量技術(shù)及腐蝕產(chǎn)物及銹層分析方法（SEM、EDAX和X-ray）對(duì)模擬海洋干濕交替環(huán)境中E690高強(qiáng)鋼的電化學(xué)腐蝕行為及SCC可能性、敏感性、機(jī)理及裂紋擴(kuò)展方式進(jìn)行研究；并通過(guò)建立模擬海洋薄液環(huán)境中，拉伸條件下的電化學(xué)及SCC實(shí)驗(yàn)研究裝置進(jìn)行受力條件下的電化學(xué)及SSRT試驗(yàn)，對(duì)海洋薄液環(huán)境下O2、H及應(yīng)變對(duì)高強(qiáng)鋼SCC行為的影響進(jìn)行分析。在上述研究條件及分析的基礎(chǔ)上，本課題研究小組進(jìn)行了系統(tǒng)的海洋工程用E690高強(qiáng)鋼薄液環(huán)境應(yīng)力腐蝕行為研究工作，完善低合金高強(qiáng)鋼在嚴(yán)酷海洋環(huán)境下SCC腐蝕機(jī)理，為690級(jí)高強(qiáng)鋼在海洋、尤其是嚴(yán)酷海洋環(huán)境中的應(yīng)用提供參考。