深海环境对不锈钢点蚀行为的影响机理

The present studies are focused on the pitting corrosion mechanism in atmospheric pressure, and pay a little attention to the pitting corrosion in deep ocean environment characterized by high hydrostatic pressure. Comparing with the traditional study on the corrosion electrochemistry, deep ocean corrosion is the electrochemical corrosion process in case of high hydrostatic pressure. Comparing with stress corrosion cracking (SCC), hydrostatic pressure is normal elastic stress, whose value and direction is far different with that of SCC. Therefore, deep ocean corrosion is an interdiscipline related to the research of corrosion electrochemistry and stress corrosion cracking field. The aim of this project is to clarify the pitting corrosion mechanism of stainless steel by refereing the idea of SCC field, and try to answer the following scientific question: How the deep ocean environment influences the formation and breakdown process of passive film of stainless steel? What about the effect of deep ocean environment on the metastable pitting behavior? How the deep ocean environment affect the pitting growth process of stainless steel

当前点蚀机理的研究主要聚焦于常压条件下的点蚀问题，而对深海环境，这个高静水压力条件下的点蚀问题很少涉及。与传统的、常压溶液中的腐蚀电化学问题相比，深海腐蚀是高压条件下的腐蚀电化学过程；与应力腐蚀断裂相比，静水压力是弹性正压力，其受力大小和受力方向与应力腐蚀断裂也有着明显的差异。因此，深海腐蚀问题是腐蚀电化学与应力腐蚀断裂领域的交叉研究方向。本项目的重点在于借鉴若干应力腐蚀领域的学术思想，阐明深海环境对不锈钢点蚀行为的影响机理。着重回答下列三个科学问题：深海环境如何影响不锈钢钝化膜的形成与破裂过程；如何影响不锈钢的亚稳态点蚀产生过程；如何影响不锈钢的点蚀成长过程。

当前点蚀机理的研究主要聚焦于常压条件下的点蚀问题，而对深海环境，这个高静水压力条件下的点蚀问题很少涉及。与传统的、常压溶液中的腐蚀电化学问题相比，深海腐蚀是高压条件下的腐蚀电化学过程。研究发现深海静水压力能够影响316L不锈钢的点蚀产生机制，导致A3类型（相同类型点蚀的并联产生）的点蚀产生过程速率升高，B1（相同类型点蚀的异地产生）类型的点蚀产生过程速率降低。通过XPS、纳米压痕方法得知，深海环境下316L不锈钢钝化膜不论是化学成分还是力学性能都没有发生明显的变化。研究了深海环境因素对316L不锈钢的影响，研究发现深海环境因素的影响程度为：温度>氧含量>静水压力。临界点蚀温度（CPT）是评价不锈钢点蚀性能的重要参数，高于CPT则会产生点蚀，低于CPT点蚀就不会发生。通过曲线响应法进行数学建模，建立了“深海压力-含氧量-CPT”的关系曲线，根据东北太平洋、大西洋及南海三个不同海域的环境因素数据，预测316L不锈钢和焊接接头在边界条件内的临界点蚀温度曲线，预估不同海水深度的腐蚀类型。结果表明深海环境下，316L不锈钢的点蚀发生与否取决于不同水深海水温度的变化状况，东北太平洋不会发生点蚀，南海在350米深度以上会发生点蚀，在350米深度以下则不会。考虑到深海环境水文复杂，因此，通过人工神经网络技术对980/316L不锈钢的动电位极化曲线进行建模，所获得的模型能很好地预测不同深海环境下980/316L不锈钢的腐蚀行为。通过面上基金的支持，基本上揭示了深海环境对316L不锈钢的影响规律，即温度是影响316L不锈钢在深海环境下是否发生点蚀的主要原因。在水温较低的海域，点蚀的影响可以忽略不计；而在热带海域内，随着海洋深度的增大，点蚀越来越弱。因此，深海腐蚀研究的重点应当从点蚀问题转向深海环境下材料的应力腐蚀问题。