硝酸盐还原菌作用下X80高强管线钢应力腐蚀行为与机理研究

In this project, a stress corrosion simulation device due to the action of microorganisms is set up. The stress corrosion behaviors and mechanisms of X80 pipeline steel with the coupling of the effects of nitrate reducing bacteria (NRB) and stress mechanics factor and external environment factor will be studied using microbiological characterization methods, macro and micro electrochemical technology, stress corrosion characterization methods and surface analysis technology. The initiation and development of stress corrosion cracking under the action of NRB (Bacillus cereus and Bacillus licheniformis) and mechanical factor (such as stress loading type, stretching rate and the load size), as well as the external environment factors (such as solution pH, ion concentration and hydrogen concentration, etc) will be systematically studied, and the correlation among NRB, corrosion behavior and stress corrosion behavior will be analyzed to provide a theoretical basis for stress corrosion under the influence of microorganisms. This project will reveal the stress corrosion mechanism of X80 steel under the interaction of NRB and mechanical and the external environment factors and provide the safe usage and protection for X80 high strength pipeline steel.

本项目拟建立微生物作用下的应力腐蚀试验模拟装置，利用微生物表征手段、宏微观电化学技术、应力腐蚀表征手段结合表面分析等技术手段研究硝酸盐还原菌与力学和环境因素耦合作用下X80高强管线钢的应力腐蚀行为规律与机理。主要研究内容：拟将系统研究硝酸盐还原菌（蜡状芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌）与力学因素（比如应力的加载类型、拉伸速率和载荷大小），以及环境因素（比如溶液pH，离子浓度等）耦合作用下应力腐蚀裂纹萌生与发生机制；建立硝酸盐还原菌、力学及环境因素与应力腐蚀行为三者之间的相关性，为微生物作用下的应力腐蚀提供理论基础。从而揭示硝酸盐还原菌与力学耦合和外界环境因素耦合作用对X80高强管线钢应力腐蚀的机制，为高强管线钢的安全使用与防护提供保障。

埋地管线钢在土壤中会受到微生物的腐蚀影响，并在应力的协同下发生应力腐蚀开裂（SCC），缩短管道使用寿命，严重威胁管线安全。本项目通过建立的微生物作用下的应力腐蚀试验模拟装置，利用微生物表征手段、宏微观电化学技术、应力腐蚀表征手段结合表面分析等技术手段以及大数据采集技术及机器学习方法研究硝酸盐还原菌与力学和环境因素耦合作用下X80高强管线钢的应力腐蚀行为规律与机理。主要研究内容：系统研究了硝酸盐还原菌与力学因素，以及环境因素耦合作用下应力腐蚀裂纹萌生与发生机制；建立了硝酸盐还原菌、力学及环境因素与应力腐蚀行为三者之间的相关性，为微生物作用下的应力腐蚀提供理论基础。从而揭示了硝酸盐还原菌与力学耦合和外界环境因素耦合作用对X80高强管线钢应力腐蚀的机制，并且基于上述腐蚀机理的认识和发现，最后设计并研究了系列耐硝酸盐还原菌-SCC的含Cu X80管线钢。研究成果为国家标准“GB/T 39637-2020金属和合金的腐蚀 土壤环境腐蚀性分类”提供部分数据支持，为北京市科学技术奖一等奖“高性能低合金耐蚀钢系列钢种研制及应用成套技术”的获得提供部分数据支持。