郝文魁 北京科技大学腐蚀与防护中心

 

    研究背景

 

    随着全球范围内能源需求量日益增大，海洋资源的开发和利用逐步增加，越来越多的海洋平台投入建设和使用。但由于浅海和环境条件较好地区的石油和天然气资源正逐渐枯竭，这迫使石油和天然气的开采逐渐向更具有挑战的深海和严酷海洋环境的地区发展，造成海洋钢结构面临更大的腐蚀破坏的问题。其中海洋平台的工作环境尤为恶劣，尤其是我国南海海域，长期服役于高温、高湿和高Cl-及其它腐蚀介质的严酷复杂海洋环境中，并长期接受干湿交替，温差变化等环境变化。除受自身重力载荷外，海洋工程结构还要经受风浪、海流、海底地震、低温等自然力等恶劣海况和载荷；并且其尺寸大、强度高、厚度大、焊接部位多，使其内部存在大量残余应力；其服役期长，支撑数百吨的设备，工作应力极高。在环境和力学因素的综合作用下，海洋平台用高强钢极易发生SCC等腐蚀开裂问题。而大量的研究表明在海洋工程中，SCC是导致海洋平台和其它钢结构失效的重要问题之一。在较难发现和评估的情况下，SCC会造成海洋平台极大的安全问题，引起脆性断裂和失稳破坏，造成大量的人员伤亡，以及严重环境污染和巨大的经济损失。但是目前对严酷海洋环境中高强钢的SCC行为并没有清楚的认识，对其SCC的机理也没有深入的研究。

 

    上述问题作为国家973项目--《海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究》（NO2014CB64330）的重点研究方向，在分析我国南海严酷海洋环境中石油钻井平台结构工作环境规律和极限应力载荷的基础上，建立了系统的实验室模拟E690高强钢电化学及SCC行为的研究体系，并为开展相关研究探索建立了基础。该研究体系主要通过建立模拟海洋干湿交替环境下的恒载荷SCC试验方法，结合电化学测量技术及腐蚀产物及锈层分析方法（SEM、EDAX和X-ray）对模拟海洋干湿交替环境中E690高强钢的电化学腐蚀行为及SCC可能性、敏感性、机理及裂纹扩展方式进行研究；并通过建立模拟海洋薄液环境中，拉伸条件下的电化学及SCC实验研究装置进行受力条件下的电化学及SSRT试验，对海洋薄液环境下O2、H及应变对高强钢SCC行为的影响进行分析。在上述研究条件及分析的基础上，本课题研究小组进行了系统的海洋工程用E690高强钢薄液环境应力腐蚀行为研究工作，完善低合金高强钢在严酷海洋环境下SCC腐蚀机理，为690级高强钢在海洋、尤其是严酷海洋环境中的应用提供参考。