深海服役条件对管线钢腐蚀行为和阴极保护的影响研究

It is of urgent necessity for the development of marine economy to carry out the research of the corrosion mechanism and cathodic protection in deep-sea environment. The regularity of electrochemical behavior and characteristics of the applied cathodic current of the typical pipeline steel in the simulated deep-sea condition will be investigated using electrochemical tests, surface analysis and mechanical performance testing, etc.. The effect of seawater pressure, pipeline bending deformation and temperature on the anodic and cathodic reactions will be studied through corrosion electrochemical testing and analysis, and thus the characteristics of anodic and cathodic reactions under deep sea service conditions can be acquired. Based on the above results, the influence mechanism of deep sea service conditions on corrosion electrochemical reaction of the typical marine steel can be clarified. By studying the influence of simulated deep-sea conditions on the surface cathodic reaction of pipeline steel, the conditions of hydrogen evolution reaction, the hydrogen permeation behavior and its influence on the mechanical properties of materials, the influence mechanism of deep sea service conditions on the hydrogen permeation behavior of cathodic protection for typical pipeline steels will be analyzed. Combined with the corrosion behavior of pipeline steel under cathodic protection, the influence of deep-sea service conditions on the control parameters of cathodic protection will be obtained. The electrochemical detection technology of metal corrosion will be improved to provide reference for the selection of cathodic protection parameters in deep-sea service conditions. This study is of theoretical and practical significance on understanding the mechanism of corrosion kinetics and the proper protection of the corrosion under deep-sea service conditions.

开展深海腐蚀机理与阴极保护相关研究，是发展海洋经济的迫切需要。利用电化学测试、表面分析及力学性能测试等手段，研究典型管线钢在模拟深海服役条件的腐蚀电化学行为规律及外加阴极电流作用特征。通过腐蚀电化学测试与分析，研究海水压力、管线弯曲变形、温度对腐蚀电极阴阳极反应的影响，得到深海服役条件下金属腐蚀阳极、阴极反应的特点。进而探明深海服役条件对典型管线钢腐蚀电化学反应的作用机制。通过研究模拟深海条件对管线钢表面阴极反应的影响、析氢反应的条件、渗氢行为及其对材料力学性能的影响特征，分析深海服役条件对典型管线钢阴极保护渗氢行为的影响作用机制。结合阴极保护下管线钢腐蚀行为特点，得到深海服役条件对阴极保护控制参数的影响规律。完善金属腐蚀的电化学检测技术，为深海服役条件阴极保护参数的选取提供参考。该研究对于深入理解深海服役条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和实际意义。

开展深海腐蚀机理与阴极保护相关研究，是发展海洋经济的迫切需要。利用电化学测试、表面分析及力学性能测试等手段，研究典型管线钢在模拟深海服役条件的腐蚀电化学行为规律及外加阴极电流作用特征。研究表明压力对阳极溶解活化能和双电层结构结构产生影响，压力低于15Mpa，活化能增加使X80钢的阳极溶解得到抑制。当压力达20MPa时，双电层结构的结构变化使阳极溶解加速。随压力的升高，腐蚀产物的组成从FeO（OH）转变为具有高电化学活性的Fe3O4。X80钢在10MPa压力时有较高的稳态渗氢电流。应力使氧扩散极限电流密度增加。拉应力时，X70、X80钢析氢电流随应力增大先增后减，大于无应力情况，Tafel斜率变化表明析氢反应机制有所变化。而压缩应力对析氢促进较弱，在X80钢极化曲线中难分辨氧扩散到析氢反应的转变。得到了X70、X80钢在应力条件下稳态渗氢电流对电位的关系，拉应力条件在-950mV（SCE）时有明显的特征转变，可以推断该电位为析氢反应机制转变临界电位。压应力时稳态渗氢电流随电位负移先增后降再增。析氢反应机制转变临界电位负移，氢反应-1000mV（SCE）附近转变为以Volmer-Heyrovsky机制。温度升高加速了X80钢表面析氢反应，同时促进了表面氢原子复合为氢气分子的过程。高温促进了X80钢吸收表面吸附氢原子进入材料内部的过程。在阴极保护条件下，氢促阳极溶解和阴极保护效应机制同时存在。电位负于-950 mV，析氢反应逐渐主导整个阴极反应过程。稳态渗氢电流和表面氢浓度的上升使SCC敏感性显著增加，分析了竞争机制，表明X80钢从韧性断裂到脆性断裂的转变主要是由氢脆机制而不是阳极溶解机制引起。X65、X70、X80三种材料阴极反应转折电位情况不同，总的趋势是强度高析氢反应与氧还原转折点电位正移。建议强度增加，阴极保护电位正移。研究了电化学测试技术。研究了具有阴极保护作用的镀锌涂层，合金镀NiZn涂层和掺杂环氧粉末镀锌层降低了渗氢，开发了疏水物质掺杂环氧涂层。该研究对于深入理解深海服役条件下的腐蚀动力学机制和合理保护具有重要的理论和实际意义。