NiCrMoV钢焊接接头在深海环境中的腐蚀行为与机理研究

The material corrosion problem is become a serious challenge on the deep sea equipment in the process of Marine resources development. The low alloy high strength steel is as a kind of impotent structure steel widely used in construction of the marine equipment. The corrosion resistance of welding joint is one of the most important premise which is the deep-sea equipment service security. The study aimed at corrosion problem of high strength steel welding joint in deep-sea environment. In this work, the corrosion behavior would be investigated accommodation of 10Ni5CrMoV high strength steels welding joint in the deep-sea environment, by various corrosion electrochemical techniques, SEM, EDS, XPS and SIMS. The evolution of corrosion behavior mechanism of high strength welding joint, especially the effect of deep sea environment factors on the macro/micro galvanic corrosion behavior, would be the important issues to be investigated by simulation the deep sea environmental factors of hydrostatic pressure, temperature, dissolved oxygen content. High strength steel welding joint to reveal these factors on the corrosion behavior influence mechanism, focus on revealing the deep sea environmental factors impact on macro/micro galvanic corrosion behavior by simulating the static water pressure, temperature, dissolved oxygen content and the deep sea environmental factors. Using electrochemical corrosion simulation method and the gray theory to realize the corrosion life prediction of high strength alloy steel welding joint in deep-sea environment. To clarify the effect of multi-factor coupling synergy of deep sea environmental factors such as hydrostatic pressure, temperature, dissolved oxygen on corrosion behavior mechanism of high strength steel welding joint. It can enrich deep sea corrosion science theory of low alloy steel welding joint，and provide technical guidance for its application in the deep sea engineering.

材料腐蚀问题是海洋资源开发过程中深海装备面临的一个严峻挑战。低合金高强钢作为一种重要的结构材料广泛应用于海洋装备的建造中，其焊接接头优良的耐腐蚀性能是深海装备安全服役的重要前提之一。本研究针对深海环境中高强钢焊接接头的腐蚀问题，利用腐蚀电化学测量技术、表面形貌观察、腐蚀产物成分结构分析方法，以10Ni5CrMoV钢焊接接头作为研究材料，在实验室模拟深海环境中进行焊接接头腐蚀行为研究。通过模拟静水压力、温度、溶解氧含量等深海环境因素，揭示这些因素对高强钢焊接接头腐蚀行为影响机制，重点揭示深海环境因素对宏观/微观电偶腐蚀行为的影响；利用腐蚀电化学模拟方法及灰度理论实现深海环境下低合金钢焊接接头的腐蚀寿命预测；从而阐明静水压力、温度、溶解氧等深海环境多因素耦合协同作用对高强钢焊接接头腐蚀行为机理的影响。本项目开展可以丰富高强钢焊接接头的深海腐蚀科学理论，能够为其在深海工程中的应用提供技术指导。

10Ni5CrMoV钢作为新一代深海工程用钢广泛应用于建造深海工程及深潜器的过程中。深海工程及深潜器的建造工作离不开焊接技术的支撑，10Ni5CrMoV钢焊接接头的耐腐蚀性能直接影响到深海工程及深潜器的服役安全。因此，开展焊接工艺对焊接接头深海腐蚀的影响的研究工作变得十分迫切。本文基于1.85KJ/mm、2.34KJ/mm、3.17KJ/mm三种焊接线能量加工的10Ni5CrMoV钢焊接接头，利用MSC.Marc有限元方法数值模拟焊接加工过程。研究结果表明，当线能量由小变大，焊缝金属及热影响区的温度场呈现出焊缝金属区域高温持续时间变长，应力场和应变场的值逐渐变小。金相分析结果显示焊接线能量越大，形成的热影响区的区域宽度也就越大。焊接线能量越大，冷却速度相对降低，发生马氏体相变转变为贝氏体相变的可能性也就越高，焊接接头所处的焊接残余热应力水平值越高。腐蚀试验结果表明，线能量为1.85KJ.mm-1、线能量为3.17KJ.mm-1焊接接头在深海环境下的有严重的局部腐蚀和点蚀现象，采用线能量为2.34KJ.mm-1焊接工艺的10Ni5CrMoV钢焊接接头在深海环境下的耐蚀性能最好，具有良好的耐深海腐蚀性能。. 10Ni5CrMoV钢焊接接头在深海环境下出现局部腐蚀甚至点蚀产生的原因有两个方面：一方面，焊接热循环带来焊接接头残余热应力导致其表面的力学-化学不均匀性导致的焊接接头材料深海环境下的腐蚀敏感性提高；另一方面，焊接接头特征区域之间的金属材料在深海环境下较大的电位差出现电偶腐蚀，加速其在深海环境下焊缝金属和热影响区的腐蚀速度，使深海环境下材料腐蚀危害性加剧。利用有限元完成深海多因素耦合环境下焊接接头复杂耦合的腐蚀电化学模型模拟，研究结果表明深海环境中10Ni5CrMoV钢焊接接头的焊缝金属和热影响区具有较强的腐蚀敏感性，容易在深海环境下发生局部腐蚀，危害焊接接头的深海腐蚀服役安全。. 利用腐蚀电化学测试方法开展不同应力加载条件下的焊接接头深海腐蚀敏感性研究，研究结果表明焊接接头的腐蚀速率随着应力加载水平的提高而升高，但是并没有引起焊接接头的应力腐蚀开裂现象，应力加载促进了材料表面点蚀形核和亚稳态点蚀的形成，提高了焊接接头材料的点蚀敏感性。