高强管线钢在深海环境中的应力腐蚀规律与机理研究

本课题针对我国深海油气开发工程中对材料服役安全性能的重大需求，拟采用试验室模拟方法对高强管线钢在300至3500米的深海水环境中的应力腐蚀行为及机理开展研究，拟通过对X52和X70钢及其焊缝材料在深海环境下的应力腐蚀行为规律及主要影响因素、不同深海条件下SCC萌生和扩展行为与外加电位的关系、应力腐蚀过程中裂纹尖端的力学与电化学的交互作用的本质、深海环境中氢的扩散规律以及氢对应力腐蚀过程的协同效应等系列问题的研究，探索深海环境下管线钢应力腐蚀的研究方法，获取其应力腐蚀行为随深海环境变化的演化规律的数据，探寻可能的抑制手段，为实际深海管线的腐蚀防护及相近领域的工程应用提供参考和支持。

本课题在建立实验室模拟深海环境腐蚀体系的基础上研究了高强管线钢在深海环境中的应力腐蚀规律及机理，氢对高强管线钢在深海环境中力学性能的损伤规律以及氢与应力腐蚀协同效应规律。.结果表明：深海环境中溶解氧含量、温度、静水压力等高强管线钢的电化学行为具有重要影响。溶解氧含量和温度的降低减缓了高强管线钢的腐蚀速率，且溶解氧含量的降低促使阴极反应由吸氧反应向析氢反应转变；净水压力的增加促进了阴极析氢反应，抑制了阳极反应。.X70钢在深海环境中的应力腐蚀敏感性随模拟海水深度的增加而先降低后升高。在模拟1500m深海环境中的应力腐蚀敏感性最低，在模拟3000m深海环境中的应力腐蚀敏感性最高，与阴极析氢反应电流密度随深度的变化规律一致,这可以用氢致局部塑性模型解释。.氢对X70钢在模拟深海环境中应力腐蚀敏感性的作用是非线性的，随预充氢电流密度的增加先降低后升高。根据氢渗透动力学关系式可以计算出X70钢应力腐蚀敏感性的临界平均吸附氢浓度。氢与应力腐蚀协同效应大大提高了X70钢在深海环境中的应力腐蚀敏感性，其应力腐蚀机制是以氢脆为主的混合机制。.深海用高强度级别钢种的应力腐蚀问题是一系列深海结构材料的共性问题，系统地开展深海环境中的应力腐蚀规律及其机理的研究，是我国油气开采进军深海所首要和必须解决的关键科学问题之一。本课题的研究成果为其他深海结构材料的防腐蚀研究探索积累了经验，具有重大的科学意义和实际价值。