材料固体力学化学腐蚀和流动力学化学腐蚀

  论文摘要：结构材料在服役过程中往往受到两种力的作用，一种是材料本体由于外载引起的固体力学行为，二是材料本体外部流体在材料表面作用的流体力学行为。如果材料在腐蚀环境中见服役，将要遭受化学和电化学腐蚀行为。如果材料遭受力学和化学的同时作用，则要对材料产生力学化学的协同效应，简称力学化学效应。而根据材料承受的固体力学作用还是流体力学作用，所产生的协同效应也就分为固体力学化学效应和流体力学化学效应。本文讲述了我们过去研究所得的几种典型的固体力学化学效应和流体力学化学效应。

  油井所使用的油管和套管，都是靠螺纹丝扣进行连接的。而螺纹丝扣部分往往由于外部载荷作用进入塑形阶段。研究表明，材料的自然腐蚀电位随着应变量增加而向负的方向偏移，同时腐蚀速率也随应变量增加而增加。进而由于丝扣部位应变量大往往成为相对阳极，而管体则称为相对阴极，这样进一步形成大阴极和小阳极的情况，而更为加速了丝扣部位的腐蚀。

  16Mn和API X65两种不同微观组织结构的碳钢，在高温高压CO2腐蚀试验结构表明，具有铁素体珠光体板条状组织的16Mn钢没有遭受任何局部腐蚀，而屈氏体和铁素体共存的弥散的非板条状组织的X65钢则遭受严重的局部腐蚀。相电化学研究表明，16Mn钢的铁素体的自然腐蚀电位比珠光体负40mV，所以相对有限溶解，在腐蚀产物与基体之间形成了犬牙交错的锚固效应，增大了膜基界面强度，从而抵抗了管道流体力学的作用，从而增大了局部腐蚀抗力。

  结构件在海洋环境中会存在腐蚀疲劳，研究表明，超载既会延长腐蚀疲劳的萌生寿命，也会降低腐蚀疲劳的裂纹扩展速率。报告通过对缺口根部残余应力和裂纹尖端残余应力强度因子的分析，分别从弹塑性力学和断裂力学的角度解释了超载延长腐蚀疲劳裂纹萌生寿命和降低腐蚀疲劳裂纹扩展速率的力学化学效应的本征机制。

  无论是管道内部的流动，还是海洋结构周围的海水流动，不仅通过促进物质的传质效应影响腐蚀，而且会在材料表面产生壁面剪切力，与材料表面的腐蚀产物膜交互作用，产生流体力学化学效应，提升腐蚀速率。

  时间：9月20日

  报告人：路民旭

  个人简介

  路民旭教授

  工学博士，博士生导师，中共党员，北京科技大学腐蚀与防护中心副主任，环境损伤评估与控制研究室主任。兼任第四届国家安全生产专家组成员（石油石化组），中国腐蚀与防护学会副理事长，中国腐蚀与防护学会应力腐蚀专业委员会副主任，中国石油学会储运专业委员会委员，中国石油储运-完整性工作部副主任，中国石油学会NACE中国联络部专家委员，中国化工防腐蚀协会常务理事，中国机械工程学会压力容器分会理事，华人美洲腐蚀与材料协会（Chinese America Association of Corrosion and Materials）理事会常务理事； 《材料保护》、《稀有金属材料及工程》、《油气储运》等杂志编委；化学工业出版社国外著作出版专家评审成员。

  负责国家自然科学基金重点项目，国家973课题，国家863计划，国家自然科学基金，霍英东青年教师基金，国防科工委国防预研项目，各类省部级课题等70余项。曾获省部级科技一等奖2项，二等奖2项，三等奖2项，出版专著和教材6部，获国家发明专利4项。先后在国内外期刊上发表论文160余篇。