高濕熱海洋環(huán)境低合金結(jié)構(gòu)鋼腐蝕研究進(jìn)展
周乃鵬1，佘昌蓮2，柴鋒1，羅小兵1，李健1
(1. 鋼鐵研究總院有限公司工程用鋼研究所， 北京 100081；2. 中科信工程咨詢(北京)有限責(zé)任公司， 北京 100039)
摘要：21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，發(fā)展海洋工程材料、建設(shè)海洋工程強(qiáng)國(guó)是推進(jìn)和實(shí)施國(guó)家海洋戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。南海是中國(guó)海上戰(zhàn)略要地，也是建設(shè)“海上絲綢之路”十分突出的戰(zhàn)略支點(diǎn)，具有重要的戰(zhàn)略意義。南海海洋環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜多變的環(huán)境，不同的海域、不同的腐蝕區(qū)域、不同的材料所對(duì)應(yīng)的腐蝕行為與機(jī)理都不盡相同。而南海高溫、高濕的極端環(huán)境相較其他海域更為惡劣，對(duì)材料的腐蝕行為具有較大的影響，對(duì)低合金結(jié)構(gòu)用鋼的壽命和可靠性提出了更高要求，對(duì)于高濕熱海洋環(huán)境下低合金船體結(jié)構(gòu)用鋼研究的重要性日益凸顯。主要介紹了南海高濕熱環(huán)境下船體結(jié)構(gòu)用鋼的耐蝕性評(píng)價(jià)方法與耐蝕性改進(jìn)方法。耐蝕性評(píng)價(jià)方法包括以周浸試驗(yàn)為主的模擬腐蝕加速試驗(yàn)與相關(guān)性分析，提出了目前針對(duì)南海高濕熱環(huán)境的模擬腐蝕加速試驗(yàn)在腐蝕介質(zhì)、溫度、濕度、試樣尺寸等試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置不統(tǒng)一的問題，闡述了灰關(guān)聯(lián)度分析法、秩相關(guān)系數(shù)法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等相關(guān)性分析方法。耐蝕性改進(jìn)方法包括合金成分優(yōu)化、夾雜物改性與組織調(diào)控等，總結(jié)了Ni、Cr、Cu、Sb、Sn等耐蝕合金元素在高濕熱環(huán)境下對(duì)材料腐蝕行為的影響及作用效果，提出了夾雜物改性方法與微觀組織調(diào)控在南海環(huán)境應(yīng)用的可能性。為高濕熱海洋環(huán)境船體結(jié)構(gòu)用鋼的后續(xù)研究和實(shí)際應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)用鋼； 高濕熱； 海洋環(huán)境； 耐蝕性； 低合金鋼
1 引言
21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，發(fā)展海洋工程材料，建設(shè)海洋工程強(qiáng)國(guó)是推進(jìn)和實(shí)施國(guó)家海洋戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。21世紀(jì)以來，中國(guó)海洋工程材料制造業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，特別是低合金船體結(jié)構(gòu)材料具備了較好的發(fā)展基礎(chǔ)，但是隨之而來，材料腐蝕的問題日趨嚴(yán)重。隨著中國(guó)“一帶一路”合作倡議與海洋戰(zhàn)略的發(fā)展，南海的意義日益凸顯。南海終年高溫、雨量充沛、季風(fēng)明顯，是典型的高濕熱海洋環(huán)境，這種“高溫、高濕、高鹽、高輻照”的腐蝕條件會(huì)加劇船體結(jié)構(gòu)用鋼的腐蝕，根據(jù)ISO 9223標(biāo)準(zhǔn)，西沙地區(qū)的大氣腐蝕性超過了最高級(jí)C5級(jí)。
海洋環(huán)境腐蝕是世界各國(guó)面臨的共性問題，國(guó)內(nèi)外均開展了相關(guān)研究工作。美國(guó)對(duì)具有耐海洋飛濺性能的鋼板樁進(jìn)行開發(fā)，在耐蝕性、經(jīng)濟(jì)性等方面開展了詳細(xì)研究并成功研發(fā)了Ni-Cu-P系“Mariner”鋼。日本為了控制生產(chǎn)成本將鎳替換為鉻，為了進(jìn)一步提高耐蝕性考慮了Ni-Cu-P和鉻以外的合金元素如Al、Mo、Nb等對(duì)耐蝕性的影響，開發(fā)了Cu-Cr-Al系“Mariloy”鋼。中國(guó)也結(jié)合國(guó)內(nèi)資源優(yōu)勢(shì)，形成了P-V系、Cu-P系、Cr-Mo-Al系等不同合金體系的耐海水鋼。但由于起步較晚，中國(guó)的耐蝕鋼研究數(shù)據(jù)還相對(duì)匱乏，針對(duì)南海高濕熱環(huán)境船體結(jié)構(gòu)用鋼的相關(guān)腐蝕數(shù)據(jù)與腐蝕研究更是不足。因此，亟需開展適用于南海極端環(huán)境的高耐蝕船體結(jié)構(gòu)用鋼材料開發(fā)，而南海高濕熱海洋環(huán)境下船體結(jié)構(gòu)用鋼的耐蝕性評(píng)價(jià)方法研究與耐蝕性改進(jìn)方法研究對(duì)其具有重要意義。
2 精選圖表
3 結(jié)論
本文從耐蝕性評(píng)價(jià)方法與耐蝕性改進(jìn)方法2個(gè)方面對(duì)高濕熱環(huán)境低合金結(jié)構(gòu)鋼的腐蝕研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。評(píng)價(jià)方法主要包括模擬腐蝕加速試驗(yàn)方法與相關(guān)性研究，改進(jìn)方法主要包括合金元素設(shè)計(jì)、夾雜物改性與組織調(diào)控。目前，針對(duì)南海高濕熱環(huán)境的模擬腐蝕加速試驗(yàn)還存在著試驗(yàn)參數(shù)不一致的問題，這就導(dǎo)致難以進(jìn)行材料耐蝕性的快速表征與相關(guān)研究間的比較分析。而針對(duì)南海高濕熱環(huán)境下的耐蝕性改進(jìn)方法研究涉及的鋼種較少，針對(duì)的腐蝕位置較為單一，同時(shí)有關(guān)各種改進(jìn)方法的研究相對(duì)孤立，缺乏共性研究。隨著中國(guó)南海海域的重要性日益凸顯，適用于南海高濕熱環(huán)境的高耐蝕船體結(jié)構(gòu)用鋼將迎來快速發(fā)展。在可預(yù)見的未來，評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)化、合金設(shè)計(jì)系統(tǒng)化、耐蝕性改進(jìn)手段共性化將成為南海高濕熱環(huán)境船體結(jié)構(gòu)用鋼的研究發(fā)展趨勢(shì)。
