材料固體力學化學腐蝕和流動力學化學腐蝕

    論文摘要：結構材料在服役過程中往往受到兩種力的作用，一種是材料本體由于外載引起的固體力學行為，二是材料本體外部流體在材料表面作用的流體力學行為。如果材料在腐蝕環境中見服役，將要遭受化學和電化學腐蝕行為。如果材料遭受力學和化學的同時作用，則要對材料產生力學化學的協同效應，簡稱力學化學效應。而根據材料承受的固體力學作用還是流體力學作用，所產生的協同效應也就分為固體力學化學效應和流體力學化學效應。本文講述了我們過去研究所得的幾種典型的固體力學化學效應和流體力學化學效應。

    油井所使用的油管和套管，都是靠螺紋絲扣進行連接的。而螺紋絲扣部分往往由于外部載荷作用進入塑形階段。研究表明，材料的自然腐蝕電位隨著應變量增加而向負的方向偏移，同時腐蝕速率也隨應變量增加而增加。進而由于絲扣部位應變量大往往成為相對陽極，而管體則稱為相對陰極，這樣進一步形成大陰極和小陽極的情況，而更為加速了絲扣部位的腐蝕。

    16Mn和API X65兩種不同微觀組織結構的碳鋼，在高溫高壓CO2腐蝕試驗結構表明，具有鐵素體珠光體板條狀組織的16Mn鋼沒有遭受任何局部腐蝕，而屈氏體和鐵素體共存的彌散的非板條狀組織的X65鋼則遭受嚴重的局部腐蝕。相電化學研究表明，16Mn鋼的鐵素體的自然腐蝕電位比珠光體負40mV，所以相對有限溶解，在腐蝕產物與基體之間形成了犬牙交錯的錨固效應，增大了膜基界面強度，從而抵抗了管道流體力學的作用，從而增大了局部腐蝕抗力。

    結構件在海洋環境中會存在腐蝕疲勞，研究表明，超載既會延長腐蝕疲勞的萌生壽命，也會降低腐蝕疲勞的裂紋擴展速率。報告通過對缺口根部殘余應力和裂紋尖端殘余應力強度因子的分析，分別從彈塑性力學和斷裂力學的角度解釋了超載延長腐蝕疲勞裂紋萌生壽命和降低腐蝕疲勞裂紋擴展速率的力學化學效應的本征機制。

    無論是管道內部的流動，還是海洋結構周圍的海水流動，不僅通過促進物質的傳質效應影響腐蝕，而且會在材料表面產生壁面剪切力，與材料表面的腐蝕產物膜交互作用，產生流體力學化學效應，提升腐蝕速率。

    時間：9月20日

    報告人：路民旭

    個人簡介

    路民旭教授

    工學博士，博士生導師，中共黨員，北京科技大學腐蝕與防護中心副主任，環境損傷評估與控制研究室主任。兼任第四屆國家安全生產專家組成員（石油石化組），中國腐蝕與防護學會副理事長，中國腐蝕與防護學會應力腐蝕專業委員會副主任，中國石油學會儲運專業委員會委員，中國石油儲運-完整性工作部副主任，中國石油學會NACE中國聯絡部專家委員，中國化工防腐蝕協會常務理事，中國機械工程學會壓力容器分會理事，華人美洲腐蝕與材料協會（Chinese America Association of Corrosion and Materials）理事會常務理事； 《材料保護》、《稀有金屬材料及工程》、《油氣儲運》等雜志編委；化學工業出版社國外著作出版專家評審成員。

    負責國家自然科學基金重點項目，國家973課題，國家863計劃，國家自然科學基金，霍英東青年教師基金，國防科工委國防預研項目，各類省部級課題等70余項。曾獲省部級科技一等獎2項，二等獎2項，三等獎2項，出版專著和教材6部，獲國家發明專利4項。先后在國內外期刊上發表論文160余篇。