钢在海洋沉积物中的腐蚀研究 Ⅵ.海底沉积物腐蚀因子的原位测试技术

环境腐蚀因子的测试是环境的腐蚀性评价与防腐工程设计,以及腐蚀机理分析研究的必要过程和手段。海洋工程地质调査和海底沉积物腐蚀因子调査中的pH,Eh(氧化—还原电位)等的测试,通常是从海洋工程地质取样器中抓取部分海底沉积物,再在室内进行测试。此种测试方法是“破坏性测试”,它使原海底沉积物的结构状态受到破坏,故测试结果不能完全代表实际状态,而且还可引入人为误差。为提高海洋调查中一些参数的准确性和可靠性,作者结合“移植埋片”法(马士德等,1994)研制了海底沉积物有关腐蚀因子的原位测试技术。     

钢在海洋沉积物中的腐蚀研究 Ⅰ.“移植埋片法”(MD)实海腐蚀电化学测量研究

海洋沉积物俗称海底土,海洋沉积物腐蚀学系海洋腐蚀科学中的新学科;一些资料表明,钢在海底土中的腐蚀程度要比在海水区、潮差区、飞溅区低(友野理平,1976;岡本刚,1977),这些资料(Schumacher,1979)是通过近海钢结构的观察和采用打入浅海中的试验钢桩取得的,但由于宏观电池的作用,它们不能反映单独埋在海土中钢的腐蚀情况。实际海士中的腐蚀是相当复杂的,由于这项研究难度高,耗资大,因而至今报道很少(Schmidt,1982) 随着科学技术的发展,海底工程设计急需海底土的腐蚀资料,作者在确保海土结构不变的前题下,首创了“移植埋片法(MD)”,对3种海洋用钢在海土中的腐蚀电位和极化阻力进行了海上测量,为海洋沉积物腐蚀学的研究开辟了新途径,同时对海底钢铁工程的防腐设计提供了依据。     

钢在海洋沉积物中的腐蚀电化学测量技术

１９９８年３月在中国科学院海洋研究所设计了一个新型电解池,以满足试样在海洋沉积物中极化曲线测量的需要。该电解池装有二个参比电极,它们距工作电极之间的距离可以精确调节。介质电阻对极化曲线的影响可以计算不同电位下的介质电阻予以消除,模拟电路和实际体系的测量结果表明,该实验技术可以用于海洋沉积物腐蚀电化学的研究中。     

钢在海底沉积物中的腐蚀研究 Ⅲ.海底沉积物腐蚀性的二元评价法

海底沉积物(以下简称SBS)腐蚀性的评价对海底设施的防腐设计和预防海底设施灾害性的腐蚀具有十分重要的意义。SBS系特殊条件下存在的土壤,因而借助土壤腐蚀性评价法的思路研究SBS的腐蚀性是一捷径。 土壤腐蚀性的评价已有100余年的研究历史,但至今尚无统一的评价方法与标准。SBS的腐蚀研究则是近10年才起步,英国学者首先报道了北海油田SBS腐蚀性的评价(Roger,1980),他利用海洋调查的SBS部分物理、化学因子和土壤腐蚀性评价的“加权法”,根据总分划分为强腐蚀、一般腐蚀和弱腐蚀三个等级。上述方法的缺点是没有抓住SBS腐蚀的机理与主要因子,也没有定量腐蚀实验作依据,故而腐蚀性评价只是定性的。本文提出的评价SBS腐蚀性的二元方法,是以定量腐蚀实验为基础,抓住SBS腐蚀的两个主要腐蚀因子,即SBS类型和硫酸盐还原细菌(以下简称SRB)的含量(电化学蚀主要控制因子及细菌腐蚀主要控制因子)进行评价,并具有明确的量级标准。     

钢在海洋飞溅带的腐蚀与防护

人们所说的钢铁结构在海洋环境中腐蚀严重，只是一个总概念。因为海洋环境共有海洋大气带、海洋飞溅带、海水潮差带、海水全浸带和海泥带５个区带。而钢铁的腐蚀行为在各带中有很大差异（如图１所示）。图中数据为第一作者及侯文泰在湛江麻斜岛海区中暴露试验２ａ所得。可见海洋飞溅带才是钢铁构件在海洋环境中受到腐蚀最为严重的区带。目前，人们对解决海洋环境中其他各区带的腐蚀问题，都已经有许多成功的方法和国际标准。但对海洋飞溅带的防护问题却一直为人们所关注，国内外尚无飞溅带腐蚀试验和防护的标准，也未有一套完整的、成熟可靠…     

深海管道钢的腐蚀疲劳裂纹扩展特性试验研究

采用侧壁开槽型CT试样,分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验,研究海底管道用钢X65在海水腐蚀环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。为保证试样既能满足腐蚀疲劳试验机的夹具要求,又可控制裂纹沿直线方向扩展,采用侧壁开槽技术对CT试样进行改进;利用有限元软件ABAQUS,建立三维模型,验证了对于侧壁开槽型CT试样,可以采用ASTM标准推荐的应力强度因子表达式对改进后CT试样开展数值计算。利用YYF-50腐蚀疲劳试验装置开展试验,试验结果表明:和惰性环境相比,腐蚀环境不仅会加速X65钢的裂纹扩展速率,还会降低腐蚀疲劳体系下裂纹扩展的门槛值;在腐蚀体系下存在裂纹扩展的稳定阶段,可采用Paris公式对其腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行预测。     

焊接钢接头的海水腐蚀疲劳试验研究

本工作进行了板状焊接钢接头在空气中的常幅疲劳试验;和在海水中的常幅腐蚀疲劳试验(加载频率为0.2Hz,应力比 R=-1,海水温度～20℃,阴极保护负电位～850mV,SCE)。将两者试验结果比较,初步表明,钢接头海水腐蚀疲劳的平均寿命约为空气中的1/2到1/3。本工作还进行了焊缝经过 TIG 熔修的试件的试验,初步结果表明,TIG 熔修处理明显地增加了焊接接头的海水腐蚀疲劳(有阴极保护)寿命.     

FPSO典型焊接接头残余应力释放数值预报

浮式生产储油卸油船(FPSO)经历满载和卸载,油船试验和多变的波浪载荷.此时结构中较高的初始残余应力常常已被释放,很大程度上影响了此类结构疲劳强度估算准确性.应用三维弹塑性有限元方法模拟FPSO典型焊接接头的残余应力释放,并用试验数据进行验证.对结构在变幅循环载荷下的残余应力释放进行研究,得到相关的残余应力释放预报公式.从而为提高FPSO在实际载况下疲劳强度估算准确性提供有价值参考.     

海洋结构钢腐蚀试验方法的研究

海洋构筑物所使用的钢材，由于所处的环境不同，如海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区、海底泥土区等，它的腐蚀情况也不相同。为了实际地评定和比较不同钢种在各种环境中的耐腐蚀性，一般需要进行外海的长尺挂样试验。最初进行这方面工作的是Larrabee。近年来，我国也对几种低合金钢在不同海区进行了长尺试验，并取得了定量数据。 外海的长尺挂样需要把试样做得足够长，工作量大，不便于维护和随时观察，周期较短时误差较大，所以，一般都希望在室内建立简易的模拟方法进行腐蚀试验。而目前所采用的一些室内腐蚀试验方法通常只能模拟外海的某一个腐蚀环境，很难同时再现外海所实际存在的各种复杂条件，并且有些方法与外海的对应性较差。 日本久保田広行在专利中曾提出利用模拟海水涨落的试验槽来进行一些腐蚀试验，但没有介绍具体的试验方法和试验结果。也没有提及采用电连接的方法来进行长尺试验。 本报告介绍了在我所建立的，可同时模拟外海实际存在的各种腐蚀环境的试验装置，叙述了在这种装置中长尺挂样、分别挂样以及电连接挂样的具体试验方法，并与外海的长尺试验结果进行了对照。作者认为，在本装置中采用将小试片用导线连接起来的电连接方法代替长钢带进行长尺试验，便于电化学参数测量，在较短时间内可以精确求得试验结果，是筛选海洋结构钢的一种较好的腐蚀试验方法。     

高强度钢54SiCrV6超高周疲劳研究

介绍了用2万Hz超声波振动疲劳试验机对高强度钢54SiCrV6的超高周（10亿周）疲劳强度研究，结果发现，该种材料的高周直到超高周区间，疲劳强度随材料寿命的加大呈明显减小，即S－N曲线呈明显下降，这一结果与传统的假说完全不同。传统的假说认为该区间的疲劳强度为水平渐近线或为一定值，本文建议该种材料的高周及超高周区间疲劳强度用延长线代替水平渐近线，并给出实际结果与传统假说间差别，借助于电子显微镜对试件微观组织的观察及对引起疲劳破坏起始处进行化学分析，发现这种材料的寿命在10^7周附近疲劳机理出现突变，即小于10^7周的试件的初始疲劳裂纹在表面，达到10^7周附近的 件的初始疲劳裂纹在内部，并发现试件的断裂有些是由于其中心有钙化物等杂质，另一些则是由于材料内部空洞引起。     

海水介质中碳钢缓蚀剂的研究

用正交实验法 ,对所选的磷酸盐、葡萄糖酸钙、硫酸锌、十二烷基硫酸钠、对氨基苯磺酰胺、丹宁酸、四硼酸钠及钼酸钠等 8种成分对海水中碳钢的复配缓蚀效果进行了研究 ,筛选出用磷酸盐、葡萄糖酸钙和硫酸锌组成的复合配方。结果表明 ,由 10 0× 10 -6葡萄糖酸钙 ,30 0× 10 -6硫酸锌和 2 0 0× 10 -6磷酸盐组成的复配缓蚀剂 ,对海水中碳钢的缓蚀率可达 89.0 9%。     

钛/碳钢在海水中电偶腐蚀的研究

研究了国产纯钛和碳钢Q235在青岛近海海水中的电偶腐蚀情况。测定这两种金属材料的自然腐蚀电位和失重速率；用IM6e电化学工作站测定两种金属材料在海水中的稳态极化曲线，研究其极化性能；测定了碳钢与钛组成不同面积比、不同温度、不同海水流速时电偶电流的大小、方向，电偶电位，以及不同面积比时阳极的失重速率。结果表明，阳极的腐蚀速率随阴／阳极面积比、环境温度、海水流速的增大而增加，且阳极腐蚀速率随阴／阳极面积比的增大趋于极限值。     

硫化物夹杂对16MnCu钢海水局部腐蚀的影响

碳钢及低合金钢在海水中由局部腐蚀引起的危害,较均匀腐蚀严重得多。因而研究海洋用钢产生局部腐蚀的原因及其防止方法已日益受到重视。 钢在海水中产生局部腐蚀的因素较为复杂,有钢质内部的因素,如合金成分、夹杂物,等等;也有环境条件的影响,如附着生物、泥沙及腐蚀产物等各种能使钢材表面透气不均匀的因素。 钢中硫化物夹杂最为常见,这是因为硫在     

钢材在海水—海气变换界面区的腐蚀行为

于1993年9月通过对241A，24KU，SS41三个不同钢种极化曲线的测定，对镜层本身的氧化还原电流的测定及X线分析，研究在海水一海气交换界面区锈层在腐蚀中所起的作用。结果表明，海一气交换界面区的钢由于锈层本身的氧化还原反应，其阴极电流均较裸钢为大，这说明锈层的还原反应起着重要作用．根据锈层本身的还原时间和还原电位，可以在某种程度上评价钢材本身耐腐蚀性能的好坏。     

海水海泥跃变区钢铁电化学腐蚀行为研究

于１９９３年１－７月，在室内模拟条件下研究钢铁试样在海泥－海水跃变区的电化学腐蚀特征。发现钢试样在该跃区产生了电偶腐蚀，电偶极性在实验期间内发生逆转，试验前后电偶试样的稳定自由腐蚀电位都发生正移，且水中试样电位正移植大于泥中试样的正移植，还发现温度以电化学参数无明显影响。     

1825型浮球和1090D型声学释放器腐蚀初步分析

海水对金属的腐蚀破坏作用是十分严重的,特別是异种金属的接触,在海水中形成宏观电池更加剧电负性较大的金属腐蚀。有关海洋设施,由于选材设计不合理,或由于使用不当往往造成异种金属接触或其它方面的腐蚀问题。本文讨论的进口1825型浮球和1090 D型声学释放器就是上述情况兼而有之的一例。     

钛合金在海水中电偶腐蚀性能研究

本文研究了几种典型国产钛合金在天然海水和80℃热海水中与铜合金、不锈钢以及不同钛合金之间(在表面积相同条件下)相互接触时的电偶腐蚀行为。结果表明,不同钛合金之间可以匹配使用;钛合金与铜合金或不锈钢接触时能加速后者的腐蚀,但在面积比不大的情况下这种加速作用不大。     

钢材在渤海滩涂区海土中的腐蚀研究

随着我国滩海石油工业的迅速发展和上陆海底管线的兴建,滩涂区海土腐蚀性的调査研究就显得更为紧迫和重要,然而,目前国内仅在个别海区作过有关工作,国外虽在海土腐蚀性评价等方面作过一些工作(BbIXPИCTHOK,1974; Roger,1980; Karl,1981),但直接关滩涂海土腐蚀性试验研究方面的报道甚少。作者于1991年12月至1993年11月在渤海西岸塘沽和南岸羊角沟两处典型滩涂海土中进行了钢材埋片腐蚀试验研究,研究了典型钢材在滩涂海土中腐蚀的主要规律,获取了钢材在渤海典型滩涂海土中的耐蚀性基础资料,为渤海滩涂区海底设施的防腐设计和评价研究渤海滩涂海土的腐蚀性提供了重要依据。     

青岛中港海水全浸初期不锈钢表面生物膜的细菌多样性分析

为了研究全浸15天不锈钢表面生物膜的形成情况,首先采用SEM及荧光显微镜进行观察,显示全浸15天不锈钢表面已有大量微生物及其腐蚀产物附着,表明其表面生物膜已经形成;进一步通过EDS对不锈钢表面进行元素分析,发现实海全浸15天的316L不锈钢表面出现了大量组成生物体的C、P等基本元素,并且还出现了不锈钢基体中所不存在而存在于生物膜及其代谢产物中O等元素,进一步证明了不锈钢表面生物膜的形成。采用16S rRNA基因结合PCR-RFLP技术分析手段对实海全浸15天的316L不锈钢表面生物膜细菌群落的多样性进行了研究,发现316L不锈钢表面附着细菌的OTU数为24,分别属于变形菌门和拟杆菌门,其中α-变形菌的OTU数是18,占总克隆数的72.3%,为绝对优势种群。