船用钢海水腐蚀模型及评价方法研究

摘要

由于陆地油气资源的紧缺和保障能源安全的需要，人类开始把海洋开发的目光投向深海，但深海区域是一种非常严酷的腐蚀环境，深海环境是一种非常严酷的腐蚀环境,但其中蕴藏着丰富的天然气、石油及矿物质等资源，在深海资源的勘探和开发过程中，其恶劣的腐蚀环境使各种金属构件面临着巨大的挑战，由海水腐蚀所引发事故的经济损失所占的比例相当高,所以金属构件在深海资源的勘探和开发过程中的面临着危险。
　　目前国内关于材料腐蚀的研究工作大多局限于海洋大气和浅海环境，而深海环境中金属的腐蚀行为与防护措施缺乏系统研究，成为亟待深入探究的课题。压力作为深海最重要的因素对腐蚀有很大的影响，船用低合金钢因其优异的机械和耐蚀性能常作为制作金属结构件的主要材料，因此开展压力条件下船用钢腐蚀与防护的研究，对深海资源的开发和利用具有深远的影响。
　　本研究选取了三种典型船用低合金钢907A、921A和980，以Q235碳钢做为参照，利用实验室模拟深海压力装置，采用静态失重法、动电位极化曲线和EIS等电化学方法，同时配合慢应变应力腐蚀试验、SEM、XRD、拉曼光谱和三维图像视频等分析技术，研究了船用钢在深海压力条件下的腐蚀规律，并以实验室模拟深海的腐蚀规律测为依据，利用幂函数 nD?Ax建立了船用钢腐蚀速率与时间和压力之间的预测模型。得出的主要结论如下：
　　慢拉伸试验结果表明：断口形貌主要是韧窝组织，断裂形式主要是韧性断裂，相对于 Q235，随船用钢强度级别的提高，晶粒细化、抗拉强度提高，但应力腐蚀开裂敏感性增大。随压力增大，980钢的应力腐蚀开裂敏感性降低，可能是由于高压下阴阳极表面液相传质过程阻力增大，使得阳极溶解速率降低，从而抑制了裂纹的形核和扩展。
　　静态失重研究结果表明：相对于Q235，三种船用钢均具有较好的耐蚀性，相对而言，907A更易受到海水压力的影响而被加速腐蚀，921A的耐蚀性能相对较好，但总体来说压力促进了三种船用钢的阳极溶解过程。随模拟压力增加，腐蚀形貌由低压下的均匀腐蚀转变为高压下的局部腐蚀，并加速了局部腐蚀的萌生及生长过程，从腐蚀状况来看，碳钢的腐蚀更为严重，说明船用低合金钢的耐蚀性能相对较好；腐蚀产物膜中γ-FeOOH的含量会更高和α-FeOOH和Fe3O4的含量会更低，削弱了锈层的保护作用，从而促进了船用钢的腐蚀。随浸泡时间延长，初期迅速下降随后波动变缓，并趋于平稳的变化趋势，即不同压力条件下腐蚀动力学呈现相似的特征。
　　船用钢电化学性能研究表明：随模拟压力增加，EIS图谱中阻抗弧逐渐收缩，说明压力促进了腐蚀；自腐蚀电位Ecorr发生了不同程度的负移，并且在整个过程的阴极电流密度都高于浅海环境，可能是由于压力促进了阳极的活化溶解和抑制阴极反应引起。
　　分析了实验室模拟条件下腐蚀速率随着压力和时间变化的规律，得到了适合于船用低合金钢在青岛海域腐蚀规律的函数关系式,利用幂函数 nD?Ax回归的方法对模拟压力下的挂片结果拟合，并对模拟压力下和实际海域的腐蚀结果预测，误差率均控制在20％以内，在误差预测的可行范围内，可以反映腐蚀的规律，说明幂函数回归的方法可以用来对船用钢的腐蚀规律进行预测。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 深海船用钢的研究现状

1.3 深海船用钢腐蚀研究方法

1.4 船用钢海水腐蚀预测模型

1.5 本课题研究目的及意义

1.6 研究内容

第2章 实验设备及研究方法

2.1 实验材料及仪器

2.2 样品准备

2.3 慢应变速率拉伸实验

2.4 浸泡腐蚀试验

2.5 电化学测试

2.6 腐蚀形貌观察和腐蚀产物表征

第3章 船用钢组织形貌及应力腐蚀敏感性能研究

3.1 引言

3.2 船用钢的金相组织

3.3 常压条件下船用钢应力腐蚀分析

3.4 不同压力条件下船用钢应力腐蚀分析

3.5 本章小结

第4章 船用钢在深海环境下的腐蚀形貌及锈层成分分析

4.1 引言

4.2 船用钢在深海环境中的腐蚀形貌

4.3船用钢在深海环境中的锈层成分分析

4.4 本章小结

第5章 船用钢在模拟深海环境下的腐蚀电化学性能

5.1 前言

5.2 自腐蚀电位

5.3 电化学阻抗谱

5.4 动态极化曲线

5.5 本章小结

第6章 船用钢海水腐蚀预测模型

6.1 引言

6.2 幂函数回归

6.3 结果和分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢